KR20080009091A

KR20080009091A - 바이오 디스크 및 바이오 드라이버 장치 및 이들을 이용한분석방법

Info

Publication number: KR20080009091A
Application number: KR1020077024519A
Authority: KR
Inventors: 유재천
Original assignee: 유재천
Priority date: 2005-04-30
Filing date: 2006-05-02
Publication date: 2008-01-24
Also published as: EP1885883A1; EP2400039A3; US20100234237A1; US8993487B2; EP2400039A2; JP2008539419A; WO2006118420A1; EP1885883A4; JP4819119B2; KR100941416B1; CN101166834A; CN101166834B

Abstract

본 발명은 새로운 밸브 제어 수단과 유체 이동 시스템을 구비한 바이오 디스크를 포함하는 바이오 디스크 장치, 바이오 드라이버 장치, 및 이들을 이용한 분석 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각종 진단 분석장치 혹은, 핵산 혼성 분석 장치 혹은 면역학적 검증 장치 등을 포함하는 Lab On a Chip이 설계 배치된 바이오 디스크, 및 상기 바이오 디스크를 제어하기 위한 제어부를 포함하는 제어용 디스크를 구비한 바이오 드라이버 장치 및 이들을 이용한 분석 방법에 관한 것이다.

본 발명의 바이오 디스크 및 바이오 드라이버의 장치 및 방법은 각종 진단 분석 장치, 핵산 혼성 분석 장치 및 면역학적 검증등을 포함하는 Lab On a Chip구성에 적합하다 특히 상기 바이오드라이버 장치 및 방법은 상기 바이오 디스크 판독 뿐만 아니라 통상적인 CD-ROM 및 DVD 판독기등 광학 디스크 장치와 호환성이 있어 통상의 음악CD, CD-R, 게임 CD, DVD등 과 같은 통상의 Optical Disc 의 .판독 및 재생 기능도 겸하고 있어 가격 경쟁 뿐만 아니라 사용상에 많은 편리성을 제공한다. 또한 상기 바이오 드라이버 장치는 컴퓨터에 연결되어 기존의 인터넷망을 이용하여 원격진단을 용이케 한다.

Description

바이오 디스크 및 바이오 드라이버 장치 및 이들을 이용한 분석방법{BIO-DISC, BIO-DRIVER APPARATUS, AND ASSAY METHOD USING THE SAME}

본 특허 출원은 선 출원된 국내 특허 출원 "핵산 및 올리거뉴클레오티드의 상보적 이중결합의 특정 서열에 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치" (2001,01,27 10-2001-0003956) 및 PCT출원 "핵산 및 올리거뉴클레오티드의 상보적 이중가닥 또는 단일가닥에 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치" (2002.01.27 PCT/KR02/00126)와 국내 특허 출원 "초소형 구슬을 이용한 박막 밸브 장치 및 제어 방법" (2001,05,31, 10-2001-0031284) 및 PCT 출원 "초소형 구슬을 이용한 박막 밸브 장치 및 제어 방법" (2002,05,31, PCT/KR02/01035); 국내출원 바이오디스크 및 바이오 드라이버 장치 및 이들을 이용한 분석방법(2002.3.27 특허원 제02-17558호)의 연속이다.

상기 선 출원된 발명은, 정량 및 정성 분석 장치에 이용을 할 수 있는 핵산의 상보적 이중가닥 혹은 단일가닥 혹은 특정서열의 이중 가닥에만 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵산 혼성 분석 방법 및 장치를 제공할 뿐만 아니라, Lab On a Chip에 필수적인 유체의 흐름을 제어하기 위한 초소형 밸브 ;및 이들 분석 방법 및 장치가 디스크상에 집적된 바이오 디스크 및 이를 구동제어하기 위한 바이오 드라이버를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 상기 선 출원발명은, 분석 장치상의 구속 신호요소 또는 이탈 신호요소은 광학, 전기화학, 커패시턴스 혹은 임피던스 측정 장치 혹은 이미지 센서를 포함하는 변환기와 결합된 탐지기에 의해 판독 되며, 판독된 정보가 컴퓨터 소프트웨어 형태로 디지탈 정보화되어 인터넷등 기존의 통신망에 의해 송수신 됨으로서, 의사 및 환자 모두에게 편리함을 줄수 있는 원격 진단 장치를 제공함을 목적으로 한다. 또한 상기 선 출원발명에서는 전기화학, 커패시턴스 혹은 임피던스 측정 장치를 포함하는 변환기와 결합된 탐지기의 일실시예로서 이탈 신호 및 구속신호를 사용한 인터디지테이디드 어레이가 예시되었다.

본 발명은 상기 선 출원 발명의 연속으로, 각종 진단 분석장치, 핵산 혼성 분석 장치 및 면역학적 검증 장치에 이용할 수 있는 광학 혹은 비광학 바이오 디스크 및 이를 구동제어키 위한 바이오 드라이버의 장치 및 방법에 관계한다.

최근까지 유체내 소량의 분석종 탐지를 위한 대부분의 임상 진단 분석 장치에는 다중 샘플 준비 및 자동화된 시약 첨가용 장치를 설계하고 병렬 또는 직렬로 수많은 테스트 샘플을 분석하기 위한 장치를 설계함으로써 효율성 및 경제성이 개선되었다. 종종 이러한 자동화된 시약 준비장치 및 자동화된 다중 분석기가 단일 장치에 집적된다. 이러한 형태의 임상실험 분석기는 한 시간이내에 소량의 샘플과 시약을 가지고 수백가지 분석을 자동 또는 반자동으로 정확히 수행할 수 있다.

그러나, 이러한 분석기는 비싸며 중앙집중 실험실과 병원만이 이들을 구매할 수 있다. 이 경우 실험실과 병원으로의 샘플 운송을 필요로 하며 종종 시간이 긴급한 샘플을 신속하게 분석할 수 없는 문제가 있다.

따라서, 이러한 문제를 극복키 위해 저렴하고 누구나 손쉽게 다룰 수 있는 임상분석 장치가 절실히 필요하다. 즉, 전용 탐지기 없이도 환자 곁에서나 환자의 집에서 사용하기 적합한 자동화된 임상 테스트 장치가 절실하다.

＜Optical 디스크 와 Non-Optical 바이오 디스크＞

통상의 광학 디스크(optical disc)는 12cm 폴리카보네이트 기판, 반사 금속층 및 보호 라커 코팅으로 부터 표준 컴팩트 디스크가 형성된다. CD와 CD-ROM의 포맷은 ISO 9660 공업표준에 의해 기술된다.

폴리카보네이트 기판은 광학품질의 투명한 폴리카보네이트이다. 표준 인쇄 또는 대량 복제된 CD에서 데이타층은 폴리카보네이트 기판의 일부이고 데이타는 사출성형공정동안 스탬퍼(stamper)에 의해 일련의 피트형태로 새겨진다. 이 사출성형 공정동안 용융된 폴리카보네이트가 몰드에 고압하에서 주입되고 이후에 냉각되어서 폴리카보네이트가 몰드 또는 "스탬퍼" 또는 "스탬프"의 거울상 형태를 가지며 디스크 기판상의 이진 데이타를 나타내는 피트가 생성되어서 마스터링(mastering) 공정 동안 발생된 스탬퍼의 피트의 거울상으로서 폴리카보네이트 기판에 의해 유지된다. 스탬핑 마스터는 대체로 유리이다.

통상의 Optical disc(예:음악 CD, CD-R, 게임 CD, DVD등)의 판독 센서는 물리적 피트(pit)에 의한 차등 반사율 또는 염료층의 굴절율 특성에 의해 피트의 유무를 판독하게 되며, 이는 당해 업자의 공지 기술이다.

상기 통상의 Optical 디스크에 있어서, CD상의 물리적 피트에 의한 판독 방법은 CD의 오목부는 레이저 입사광선 파장의 1/8 내지 1/4 깊이로서 상기 오목부는 반사된 비임내에서 상쇄적인 간섭을 일으켜 "제로" 값의 비트에 대응하고, CD의 평평한 영역(볼록부)은 레이저 빔을 반사시켜 탐지기의 해당비트에 "1"값을 제공한다.

또한 상기 Optical 디스크에 있어서 굴절율 특성에 의한 판독 방법을 제공하기 위한 상기 염료층의 재료에 대한 특허가 미국특허 5,580,696 에 발표된다. 또한 상기 Optical 디스크는 회전축에 의해 디스크를 회전시켜 가면서 레이저 스캔(scan)에 의해 판독을 한다.

그러나, 이러한 Optical 디스크는 통상의 광 픽업장치에 광 송신부 와 광 수신부 모두가 함께 모듈 형태로 되어 있어 왕복의 광 반사 경로 때문에, 광의 경로(optical traveling path)가 길어져 광 수신부의 감도가 떨어지는 단점이 있다. 또한, 통상의 optical 디스크는 광 주사(laser scanning)방식의 정보 판독을 위해 사전 위치(predetermined location)로의 광 픽업장치 이동과 및 디스크 회전이 필요하다는 단점이 있다. 또한, 이러한 Optical 디스크 및 광 주사방식을 이용한 바이 오 분석 장치는 프로브(probe)의 굴곡 등으로 인해 통상의 광 픽업장치로는 판독하기 어려운 문제점이 있다.

일반적으로 Compact Disc을 사용한 분석장치에 대한 공지된 기술로서 Optical "Confocal compact scanning optical microscope based on compact disc technology"1991, Vol.30, No,10, Applied Optics), G "Gradient-index pobjectives for CD applications" April, 1987, Vol 26, Issue 7, Applied Optics) 그리고 "Miniature scanning optical microscope based on compact disc technology" (Proc. Soc. Photo-opt. instrument Eng. 110, page 1139-1169, 1989)가 논문에 발표되어 있다.

또한 공지된 Compact Disc을 사용한 분석장치에 대한 특허기술로서 미국 특허 "Centrifugal Photometric Analyzer" (4,279,862, publication date Jul.21, 1981) 와 "Reaction Tube Assembly for Automatic Analyzer" (4,141,954, publication date FEB.27, 1979)가 특허 공개되어 있다.

또한 디스크상의 주입구에 주입된 샘플을 원심력을 이용하여, 디스크의 표면에 유체막을 형성시키기 위한 장치로서, 유럽 특허 "Disc for centrifuge" (GB1075800, publication date 1967.07.12) 와 디스크상의 주입구에 주입된 유체 샘플을 원심력을 이용하여 채널과 챔버로 이동시켜 가면서 샘플을 분리하는 장치로서 유럽특허 "Separating Disks for centrifuge" (3,335,946, April 12,1965) 가 특허 공개 되어 있다.

또한 disc상에서 원심력 과 광학적 측정에 의해 화학 분석하는 장치로서 미 국 특허 "Disc centrifuge photosedimentometer" (4,311,039, Jan. 19,1982)가 특허 공개되어 있다.

그러나 이것들은 기계적 혹은 물리적 밸브를 갖추고 있지 않아, 피로부터 혈청을 분리할때 필수적인 고속회전 동안 유체흐름을 제어할수 없는 문제로 인해, 진단 과 분석을 완전이 자동화 할 수 없는 단점이 있어 Lab On a Chip구성에는 부적합하다.

이에 비해, 본 발명의 바이오 디스크의 판독은, 기존의 Optical 디스크의 물리적 피트 혹은 염료층의 굴절율 특성에 의한 판독 방식(차등반사식)과는 달리, 광의 투과율;또는 이미지 센서에 의한 판독; 또는 커패시턴스 및 임피던스 측정; 또는 전기화학 탐지에 의한 판독 방식을 사용하며, 유체를 저장하기 위한 챔버(chamber) 혹은 유체의 흐름을 제어하기 위한 유로와 밸브가 바이오 디스크상에 배치 설계되어 있다. 본 발명에서는 이러한 바이오 디스크를 기존의 광 주사(laser scanning)에 의한 피트(pit)들에 대한 "차등 반사식 Optical 디스크"에 대비하여 non-optical 바이오 디스크라 부른다. Optical 디스크는 반사 금속층 및 염료층에 의해, 상기의 광의 투과 및 비투과에 의한 광학 탐지기술을 적용하는 것이 불가능하다.

본 발명의 명세서에서, 비광학(non-optical) 바이오디스크란 분석사이트를 판독하거나, 분석사이트를 판독함에 있어, 광의 투과식, 커패시턴스 및 임피던스 측정, 또는 이미지 센서, 또는 전기화학탐지에 의한 판독 방식을 사용하거나, 디스크가 회전 없이 상기 판독방식에 의해 분석사이트를 판독하는 방식을 채용한 바이 오 디스크를 의미한다.

본 발명의 명세서에서, 광학 바이오 디스크란 광송신부 와 광수신부 모두가 함께 모듈형태로 되어 있는 레이저 광픽업 장치를 이용하여 디스크 회전 동안, 디스크 광 주사(laser scanning)의 차등 반사식으로, 물리적 피트 혹은 염료층에 의해 형성된 피트를 판독되는 바이오 디스크를 의미한다.

상기 폴리카보네아트 기판은 바이오 디스크(Bio Disc)와 같은 유체내 소량의 물질을 진단 및 탐지하는 박막형태의 분석장치로 변형개조가 가능하며, 이 경우 사출 성형 공정동안 디스크 표면에 피트 및 염료층 대신, 유체가 흐를 수 있는 유로(channel) 및 버퍼(buffer) 용액을 저장할 수 있는 챔버(chamber)가 형성될 수 있다. 이러한 박막내에 형성된 유로의 유체의 흐름 및 유량을 원활히 제어할 수 있는 초소형 밸브와 이들을 제어하기 위한 전자 제어가 필요하다. 또한 본 발명은 실리콘 웨이퍼 상에 반도체 공정에 의해 유체가 흐를 수 있는 유로(channel) 및 버퍼(buffer) 용액을 저장할 수 있는 챔버(chamber)가 형성될 수 있으며. 이러한 실리콘 웨이퍼상에 형성된 유로의 유체의 흐름 및 유량을 원활히 제어하기 위한 전자회로가 실리콘 웨이퍼상에 고 집적화된 바이오 디스크도 제공한다.

또한 본 발명에 있어 상기 폴리카보네아트 기판은, 사출 성형후 초음파 융착 혹은 UV(Ultra Viloet)접착제 혹은 양면 테이프에 의해 접착 조립되어 바이오 디스크가 완성 되는 것이 선호된다.

기술적 과제

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 원격진단과 샘플 진단, 핵산분석 및 면역학적 검증을 할 수 있는 광학 혹은 비광학 디스크를 이용한 바이오 디스크 및, 바이오 드라이버의 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바이오 디스크는 상기 바이오 드라이버내에 설치된 제어용 디스크에 의해 제어된다. 상기 제어용 디스크는 바이오 디스크의 제어를 위한 각종 제어 신호를 공급하기 위한 제어부를 구비하며, 항시 바이오 드라이버 장치에 연결 부착되어 있다. 결과적으로 바이오 디스크만이 바이오 드라이브로의 자유로운 로딩(loading) 혹은 이탈(eject)이 가능하다.

본 발명의 또 다른 측면은 상기 바이오 디스크 및 제어용 디스크가 한장의 디스크로 합친 구성을 갖는 일체형 바이오 디스크 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

기술적 해결방법

본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 시료 투입구, 버퍼 또는 반응 용액을 저장할 수 있는 챔버(chamber), 기질상에 바이오 물질이 어레이된 분석사이트(assay site), 상기 시료 투입구, 챔버 및 분석사이트 사이에 유체가 흐를 수 있는 유로(channel), 상기 유로를 연결시키는 유공 및 상기 유공을 개폐시키기 위한 밸브(valve)를 포함하며, 상기 밸브는 상기 유공에 위치한 초소형 구슬(micro bead) 및 상기 초소형 구슬의 상측에 위치한 영구자석과 상기 초소형 구슬의 하측에 위치한 전자석 혹은 이동가능한 영구자석으로 구성된 것을 특징으로 하는 바이오 디스크를 제공한다.

본 발명의 명세서에서, 분석사이트는 바이오 물질이 어레이 되어 있다는 의미로 어레이 챔버, 또는 두개의 바이오 물질간의 특이적 결합 또는 라이겐드-리셉터(ligand-receptor) 반응 또는 혼성화 혹은 항원-항체 반응이 일어난다는 의미로 혼성화 챔버 또는 항원-항체 반응 챔버와 혼용된다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 초소형 구슬이 유공아래 위치한 경우 상기 밸브는 상기 초소형 구슬 상단에 위치한 박막형 영구자석과 초소형구슬간의 흡인력에 의해 유공이 닫히고, 상기 초소형구슬 하단에 위치한 전자석 혹은 이동 가능한 영구자석과 초소형 구슬간의 흡인력에 의해 유공이 열리게 되며, 초소형 구슬이 유공위에 위치하는 경우에는 그 반대가 된다. 초소형 구슬 상단에 위치한 박막형 영구자석은 이동 가능하지 않기 때문에 유공을 항시 닫고 있으며, 이로써 바이오 디스크는 유통중 항시 닫혀 있게 되어 챔버내 액체의 leak를 방지할 수 있다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 상기 밸브의 상,하측중 하나만 영구자석을 사용하거나 둘다 영구자석을 사용할 수 있으며, 둘다 영구자석을 이용하는 경우 바람직하게는 상기 이동가능한 영구자석은 통상의 어드레스 가능한 광픽업 장치에 광픽업 모듈을 대신하거나 함께 장착되는 것을 특징으로 한다. 종래의 밸브 수단은 초소형 구슬의 상하측에 2개의 전자석을 이용하여 제어함으로써 전자석의 제어가 복잡하고 전기 인가시 열이 많이 발생하는 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명의 밸브 수단은 둘중 하나를 영구자석으로 하고 나머지 하나의 전자석만으로 제어를 하거나 둘다 영구자석을 사용함으로써 열이 적게 발생하고 가격이 저렴하면서도 전자석보다 강한 자력을 나타내는 장점이 있다. 특히, 이동가능한 영구자석을 통상의 어드레스 가능한 광픽업장치에 장착함으로써 손쉽게 원하는 밸브부위로 이동시킬 수 있다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 상기 초소형 구슬은 자력에 의해 움직일 수 있는 어떤 재료도 가능하고 유공을 개패할 수 있는 어떤 모양도 가능하나, 바람직하게는 박막형 원기둥 자석 혹은 쿠션(Cushion)재료로 코팅된 박막형 원기둥 자석인 것을 특징으로 한다. 쿠션 재료는 고무 등과 같은 탄력성 있는 고분자가 사용될 수 있으며, 쿠션에 의해 유공을 더 완벽히 패쇄시킬 수 있다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 시료 투입구, 버퍼 또는 반응 용액을 저장할 수 있는 챔버(chamber), 기질상에 바이오 물질이 어레이된 분석사이트(assay site), 상기 시료 투입구, 챔버 및 분석사이트 사이에 유체가 흐를 수 있는 유로(channel), 상기 유로를 연결시키는 유공 및 상기 유공을 개폐시키기 위한 밸브(valve)를 포함하며, 상기 분석사이트내의 기질은 다공성 멤브레인(membrane)이고, 상기 분석사이트 직전 밸브의 전(before) 유로는 소수성 유로이고, 후(after) 유로는 친수성 유로인 것을 특징으로 하는 바이오 디스크를 제공한다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 상기 다공성 멤브레인은 다수의 기공을 포함하는 어떤 멤브레인 재질일 수도 있으나, 바람직하게는 NC(Nitrocellose) 멤브레인, 나일론 멤브레인 및 정렬된 나노튜브(aligned nano tube)로 구성된 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 다공성 멤브레인은 표면적을 넓게 함으로써 바이오물질이 더 많이 결합하여 sensitivity를 더 좋게 할 수 있다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 상기 친수성 유로는 친수성 물질이 표면에 존재하는 어떤 유로일 수도 있으나, 바람직하게는 소수성 유로의 표면을 친수성 아크릴레이트, 초친수성 poly(N-isopropylacrylamide (PIPAAm), 또는 ZrO , ZnO, Fe₂O₃ 및 TiO₂ 로 구성된 군에서 선택된 광촉매로 코팅하거나, 플라즈마 처리에 의해 표면개질(surface modification)처리하여 생성되는 것을 특징으로 한다. 상기 광촉매로는 ZrO₂,ZnO, Fe₂O₃, TiO₂ 등 여러 가지가 있지만, 이산화티타늄(TiO₂)은 지구상에 많이 존재하는 광물로써 원료의 가격이 저렴하고, 안정하며, 인체에 무해하다는 장점이 있다. TiO₂ 광촉매 표면에 자외선이 조사되면 물분자와의 접촉각을 5도 이하로 낮추어져 물이 완전하게 표면에 퍼져 버리는 초친수성 현상을 나타난다. 여기서 친수성이란 표면에 물을 뿌렸을 때 표면의 물방울과 기재 표면사이의 접촉각이 20도 이하인 경우로서, 물 접촉각이 10도 이하인 경우에는 초친수성 효과가 나타난다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 친수성 유로는 분석사이트내에서 하나 이상의 branch 유로로 갈라지고, 상기 branch 유로 말단의 유공에 의해 다공성 멤브레인과 연결되는 것을 특징으로 한다. 복수의 branch 유로가 존재하는 경우에는 분석사이트내 프로브가 고정된 spot들의 중앙에 위치하는 것이 좋다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 분석사이트는 양 옆에 상기 다공성 멤브레인을 건조시키기 위한 공기 구멍을 더 구비한 것을 특징으로 한다. 상기 공기구멍은 분석사이트의 양옆에 위치하여 디스크의 회전에 의해 자동적으로 공기가 흡입되고 배출됨으로써 상기 다공성 멤브레인을 건조시킬 수 있다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 통상적으로 상기 유체 이동은 바이오 디스크의 회전력 의한 원심력과 상기 밸브의 개폐에 의해 제어된다. 그러나, 상기 분석사이트내의 기질이 다공성 멤브레인(membrane)인 경우 분석물질과 프로브와의 결합이 다공성 멤브레인로의 반응용액의 확산(diffusion)에 의해 이루어지며, 이때 확산 속도(diffusion rate)는 멤브레인의 pore size에 의해 결정된다. 만약 반응용액을 디스크의 회전에 의한 원심력에 의해 이동시키면 diffusion rate에 변화가 생겨 분석물질과 프로브의 반응의 일관성 있는 재현을 유지하기 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 상기 분석사이트 직전 밸브의 전(before) 유로는 소수성 유로로, 후(after) 유로는 친수성 유로로 구성하였으며, 상기 분석사이트로의 유체 이동은 원심력에 의하지 않고 직전 밸브의 개방과 함께 친수성 유로와 반응 용액과의 친수적 친화성(hydrophilic affinity)에 의해 이동되는 것을 특징으로 한다. 대부분의 반응용액은 친수성이므로 상기 직전 밸브 개방전에는 소수성 챔버와 유로에 머물고 있다가 상기 밸브 개방에 의해 친수성 유로를 통해 상기 분석사이트로 흘러들어가게 된다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 상기 바이오물질은 DNA, 올리고 뉴클레오티드, RNA, PNA, ligand, receptor, 항원, 항체 및 단백질(Protein)로 구성된 에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 챔버는 피 또는 세포 또는 RNA로부터 DNA샘플을 준비하기 위한 적어도 한 개 이상의 프렙 챔버(Preparation chamber) 및/또는; 상기 준비된 DNA 샘플을 PCR(Polymer Chain Reaction) 증폭하기 위한 적어도 한 개 이상의 PCR 챔버 및/또는; 라벨 표식자를 저장하기 위한 라벨 챔버; 상기 PCR공정에 의해 증폭된 DNA와 혼성화(hybridization)하기 위한 분석 및 진단용 프로브(probe)가 어레이 형태로 기질에 부착되어 있는 적어도 한 개 이상의 혼성화 챔버(hybridization chamber) 및/또는; 세정공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버(Trash chamber)로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 프렙 챔버에는 셀(cell)을 깨뜨려 DNA을 추출하기 위한 Lysis 버퍼용액과; 추출된 DNA와 친화력(affinity)을 갖는 입자 혹은 강자성체 비드(bead)가 들어 있는 것을 특징으로 한다. 여기서 입자는 Silica 혹은 DNA binding protein으로 코팅된 micro bead가 될 수 있다.

또한, 상기 프렙 챔버는 입자 또는 강자성체 비드를 사용하지 않고, 셀(cell)을 깨뜨려 DNA을 추출하기 위한 Lysis 버퍼용액만으로 구성되어 바이오 디스크의 회전에 의한 원심력에 의해 DNA샘플을 준비할 수도 있다. 구체적으로, (1) Lysis buffer 용액에 의해 지질을 포함한 세포의 막 성분이 파괴되고 단백질과 핵산이 용해시킨다. (2) 여기에, 에틸 알코올(에탄올)을 가하면 DNA와 RNA가 하얀 색 모양의 침전물이 되어 다시 추출된다. (3) 에탄올에 의해 침전된 DNA를 얻기 위해 원심분리를 해주면 프렙챔버의 끝에 DNA가 모이고 프렙챔버의 트레쉬 챔버쪽 밸브개방후 디스크 회전에 의해 상층액을 트레쉬 챔버로 흘려 보냄으로서 cell debris를 분리 제거한다. 이후, 프렙챔버에 dilution buffer을 투입하여 DNA와 mixing후 DNA의 전체 volume을 증가시킨 후, 상기(3)과정을 3회정도 반복한다. (4)이후, PCR 챔버쪽 연결 밸브를 개방하여 PCR챔버로 DNA을 이동시킨다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 PCR챔버는 복수개로 구성하여 상기 복수개의 PCR챔버 각각에 서로 다른 종류의 프라이머가 들어가든지; 혹은 같은 종류의 프라이머가 들어 가든지; 혹은 상기 복수개의 PCR챔버 각각에 복수개의 프라이머가 들어가는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 상기 챔버는 피 또는 세포로부터 혈청(serum)샘플 혹은 항원 내지 항체을 준비하기 위한 적어도 한 개의 프렙챔버(Preparation chamber) 및/또는; 상기 준비된 항원 내지 항체와 항원-항체반응을 하기 위한 immuno 프로브(probe)가 어레이 형태로 기질에 부착되어 있는 적어도 한 개 이상의 항원-항체 반응 챔버(Ag-Ab reaction chamber) 및/또는; 세정공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버(Trash chamber)로 구성된 것을 특징으로 한다. 상기 혈청 샘플은 혈장 샘플일 수도 있다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 상시 프렙챔버는 여과용 필터를 이용하여 혈청 샘플을 준비할 수도 있으나, 바람직하게는 바이오 디스크의 회전에 의해 발생된 원심력에 의해 혈청샘플을 준비하는 것을 특징으로 한다. 이 경우 프렙챔버의 모양은 외주방향으로 깊이(depth)를 가진 병모양이여 병 바닥에서 일정 높이 떨어진 위치에 다음 챔버로 연결되는 유로가 형성된다. 따라서 병 바닥에 혈병이 모이고 나머지 혈청만 다음 챔버로 이동될 수 있다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 프렙 챔버는 원심분리에 의해 혈청분리를 용이케 하기 위해 원뿔형 비이커 (BEAKER CONICAL) 모양 혹은 프라스크(Flask) 모양이고, 상기 모양의 목(neck) 부분에 다음 챔버로 연결되는 유로가 형성된 것을 특징으로 한다. 이 경우 원심력에 의해 상기 원주측 넓은 공간(상기 원뿔형 비이커 또는 플라스크의 바닥)에 혈병이 모이게 되어 혈청의 분리가 용이하다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 챔버는 라벨(label)표지된 antibody를 저장하기 위한 라벨 챔버를 더 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 라벨 표지된 antibody의 라벨표지는 발색용 입자로서 금 또는 라텍스(latex) 혹은 형광 물질 혹은 방사능 동위원소를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 immuno 프로브(probe) 어레이는 종양표지자(turmor marker)들이 기질에 고정된 것을 특징으로 하며, 더욱 바람직하게는 상기 종양표지자(tumor marker)는 AFP ,PSA, CEA, CA19-9, CA125 및 CA15-3로 구성된 군에서 선택된 하나 이상인 것 을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 immuno 프로브(probe)는 심근 경색 표지 인자인 Myoglobin, CK-MB , Troponin I (Tnl) , 알츠하이머(Alzheimer) 질환의 특이 마커인 GS(Glutamine Synthetase)로 구성된 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 상기 분석사이트는 어띤 종래의 탐지장치에 분석될 수도 있으나, 바람직하게는 광투과식 측정장치 혹은 전기화학 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정장치 혹은 이미지 센서를 포함하는 변환기 결합된 탐지장치(detector)에 의해 판독되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 광투과식 측정장치는 분석사이트내 구속신호 요소 및 이탈신호요소에 레이저빔을 입사되는 레이저빔 장치와 이들 신호요소들간의 차등적 광 투과신호를 탐지하는 광학탐지기(광 수신부)로 구성된 것을 특징으로 한다. 상기 광투과식 측정장치는 종래의 차등 반사식 optical 디스크와 구별된다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 광투과식 측정장치는 적어도 한 개 이상의 광학 탐지기(광 수신부)가 상기 복수개의 분석 사이트에 일대일 대응하여 바이오 디스크상에 원주 방향으로 어레이 형태로 집적화 배열된 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 적어도 한개 이상의 레이저 발생 장치와 한 개 이상의 광학 탐지기(광 수신부) 모두가 상기 복수개의 분석 사이트에 일대일 대응하여 바이오 디스크상에 원주 방향으로 어레이 형태로 집적화 배열된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 전기화학 탐지 장치, 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정장치는 상기 분석 사이트의 기질상에 배치된 인터디지테이티드 어레이(interdigitated array) 전극 과 구속 신호요소의 말단부에 HRP(HorseRadish Peroxidase) 및/또는 금속구가 부착된 프로브로 이루지는 것을 특징으로 한다. 상기 커패시턴스 및 임피던스 측정 장치는 전압발생 및 전류 측정 혹은 주파수 발생장치 혹은 산화환원반응에 의해 구현되며, 그 구체적 예는 도 9 내 11에 도시되어 있다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 인터디지테이티드 어레이 전극(interdigitated array)은 다공성 멤브레인(membrane)상에 표면 코팅에 의해 구현되는 것을 특징으로 한다. 상기 다공성 멤브레인상의 인터디지테이티드 전극 코팅은 금 코팅이 선호된다. 그냥 고체기질 표면에 비해 표면적이 넓어지므로 인터디지트의 sensitivity는 매우 증가된다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 상기 이미지 센서는 상기 분석사이트내의 프로브에 결합된 라벨(발색입자)을 촬영하기 위한 형광필터가 탑재되거나 되지않은 CCD(Charge Coupled Device) 혹은 CMOS센서로 구성된 것을 특징으로 한다. 여기서 형광필터는 선택사항으로 센서 앞단에 탑재될 수 있다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 분석 사이트는 면역 분석(immuno assay) 와 핵산 프로브(probe) 분석을 동시에 분석 하기 위해, 각 방향(angular direction) 또는 거리 방향(radial direction)으로 immuno assay 섹터 와 핵산 probe 분석 섹터가 분리된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 샘플 주입여부 판별을 위해, 상기 프렙 챔버내에 임피던스 측정장치 혹은 이미지 센서를 더 구비한 것을 특징으로 한다. 상기 임피던스 측정장치는 인터디지테이티드 어레이에 의한 것을 특징으로 한다. 프렙 챔버에는 적정량의 피(혹은 샘플)를 주입해야 하며, 사용자가 피를 주입하지 않은채 바이오 디스크를 동작시키면 안된다. 이런 경우를 예방키 위해 이미지 센서로 바이오 디스크 동작시작 직전에 프랩챔버를 관찰하여 적정량의 샘플이 프렙챔버에 주입이 완료된 상태인지 체킹할 수 있다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 바이오 디스크의 몸체는 윗 기질, 중간 기질 과 아래 기질로 구성되고 초음파 융착 혹은 UV(Ultra Violet)접착제 혹은 양면 테이프에 의해 접착 조립되어 하나의 몸체를 이루어지는 것을 특징으로 한다. 상기 중간 기질에 의해 유공과 밸브의 위치가 결정된다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 바람직하게는 상기 바이오 디스크는 바이오디스크의 프로토콜, 분석 알고리즘, 판독을 위한 표준 제어값 혹은 분석 사이트(site)에 대한 위치 정보, 생물정보학정보, 자기 진단(self diagonasis)에 관련된 정보 혹은 장치 드라이버 소프트 웨어 및 임상분석을 위한 환자교육정보, 진단 결과에 따른 전문 의사 및 병원과 원격으로 연결될 수 있는 웹 사이트 와 각종 링크 혹은 개인 암호화 정보가 저장하기 위한 메모리 혹은 저장수단 또는 무선 RF IC를 더 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 디스크에 있어서, 상기 분석사이트의 정량분석에 의한 판독결과를 이력 관리하는 통계 소프트웨어 및 저장수단을 더 구비함으로서 정기적 추적 진단에 대한 정보를 사용자에게 제공하는 것을 특징으로 한다. 이는 분석사이트내 프로브가 종양표시자인 경우 유리하다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 바이오 디스크; 상기 바이오 디스크에 필요한 전원 혹은 제어 신호를 공급키 위한 제어부을 구비한 제어용 디스크; 및, 상기 바이오 디스크 와 제어용 디스크간을 연결키 위한 인터페이스부를 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치를 제공한다.

본 발명의 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 인터페이스부는 제어신호를 공급키 위한 복수개의 제어신호 연결부 및/또는 전원 공급을 위한 전원 연결부를 구비하여 바이오 디스크와 전기적으로 연결 되는 것을 특징으로 한다. 더욱 바람직하게는, 상기 인터페이스부는 바이오 디스크상의 도체로 코팅된 연결홈들 과 제어용 디스크상의 도체아암들이 서로 연결되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 제어용 디스크는 상기 바이오 디스크를 올려 놓기 위한 턴 테이블에 고정 결합되고, 상기 바이오 디스크에 내장된 밸브를 제어하기 위한 전자석 혹은 이동 가능한 영구 자석을 더 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 바이오 디스크와 제어용 디스크간의 높이 간격은 0.1 - 2mm 인 것 것을 특징으로 한다. 이 높이 간격에서 자력에 의한 밸브 제어가 잘 된다.

본 발명의 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 제어용 디스크로의 전원 공급은 외부 전원장치와 연결된 브러쉬 혹은 전기적 접촉에 의해 이루어 지는 것을 특징으로 한다. 본 명세서에서, 브러쉬는 도체 와이어(wire)를 포함하는 개념으로 이해된다.

본 발명의 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 제어용 디스크는 PCB(Printed Circuit Board) 혹은 실리콘 웨이퍼상에 집적된 회로에 의해 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 제어용 디스크는 상기 탐지장치에 의해 얻어진 상기 분석 사이트에 대한 판독 결과를 적외선, 광 혹은 무선 인터페이스을 통해 외부의 중앙 제어 장치 혹은 저장장치 혹은 입출력 장치로 보내기 위한 비접촉 인터페이스를 더 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 디스크 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 바이오 디스크와 제어용 디스크는 합쳐져 한 개의 일체형 바이오 디스크로 구성된 것을 특징으로 한다. 이경우, 상기 일체형 바이오 디스크는 실리콘 웨이퍼 재료을 사용하여 상기 제어부, 무선 RF IC, 비접촉 인터페이스, 상기 밸브 제어를 위한 전극판 혹은 전자석 및 각종 회로 패턴을 포함한 전자회로 및 상기 챔버 및 채널 을 실리콘 웨이퍼상에 photolithography 및 에칭공정에 의해 monolithic 형태의 집적 회로(Integrated Circuit) 로 설계한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 바이오 디스크에 필요한 전원 혹은 제어 신호를 공급키 위한 제어부를 구비한 제어용 디스크; 상기 디스크를 회전시키기 위한 모터; 상기 제어용 디스크상의 제어부에 전원을 공급하기 위한 전원 공급 수단; 상기 제어부의 제어신호 및/또는 전원신호를 상기 바이오 디스크에 공급키 위한 인터페이스부; 및 바이오 드라이버를 지지하고 있는 몸체를 포함하는 바이오 드라이버 장치를 제공한다.

본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 바이오 디스크를 올려 놓기 위한 턴 테이블을 더 포함하며, 상기 제어용 디스크는 상기 턴테이블에 고정 결합되고 상기 바이오 디스크에 내장된 밸브을 제어하기 전자석 혹은 이동 가능한 영구 자석을 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 전원 공급 수단은 환형 전극과 브러쉬와의 접촉에 의해 플러스(+) 전원을 공급하며, 마이너스(-) 전원은 접지된 모터 몸체 혹은 접지된 모터 축과의 전기적 연결을 통해 제어용 디스크에 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 상기 분석 사이트를 판독키 위한 이미지 센서를 포함하는 변환기 결합된 탐지장치를 더 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 상기 제어용 디스크는 분석 사이트에 대한 판독 결과를 외부의 중앙 제어 장치 혹은 저장 혹은 입출력장치로 보내거나 상기 중앙제어장치로부터의 명령을 받기 위한 비접촉 인터페이스 수단을 더 구비한 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 분석 사이트에 대한 판독 결과는 원격통신망에 의해 외부의 컴퓨터에 전송될 수도 있으며, 이 경우 원격진단이 가능하다.

본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 중앙제어장치 및 저장 혹은 입출력장치가 설계되어 있는 회로기판이 상기 바이오 드라이브 몸체에 이음 체결되어있고, 상기 중앙제어 장치는 상기 바이오 디스크 및 제어용 디스크의 회전 혹은 정지시 모터를 회전 혹은 정지시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 입출력장치는 USB(Universal Serial Bus) 혹은 IEEE1394 혹은 ATAPI 혹은 인터넷의 통신 규격을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 음악 CD, CD-R, 게임 CD, 및 DVD로 구성된 군에서 선택된 통상의 Optical 디스크을 판독하기 위한 광 픽업 장치를 더 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 바이오 드라이버장치에 로딩(loading)된 디스크가 통상의 음악 CD, CD-R, 게임 CD, DVD등의 Optical Disc인지, 아니면 바이오 디스크인지를 상기 제어부가 판단하기 위한 바이오 디스크 감지(Bio-Disc Detection) 수단을 더 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 광 픽업장치가 바이오 디스크상의 특정 위치에 그루브 패턴(groove pattern) 혹은 데이터 패턴을 판독하여 현재 바이오 드라이버에 로딩(loading)된 디스크가 바이오 디스크임을 중앙제어 장치가 인식하도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 중앙제어 장치는 통상의 Optical disc(예:음악 CD, CD-R, 게임 CD, DVD등)인지 바이오 디스크인지를 판단하여, 통상의 Optical 디스크인 경우는 디스크로 부터 읽은 내용을 상기 광 픽업장치로부터 저장장치 혹은 출력장치로 전송하거나, 쓸 내용을 광 픽업 장치로 보내고, Read/Write 에 필요한 각종 제어 신호들을 상기 각부에 제공하는 등의 Optical 디스크를 위한 통상의 동작을 하고, 바이오 디스크인 경우 바이오 디스크 의 제어를 위한 각종 제어 명령신호를 비접촉 인터페이스를 통해 보내는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 바이오 디스크의 로딩(loading)시점에서 바이오 디스크상의 비접촉 인터페이스 혹은 무선 RF IC를 통해, 상기 중앙 제어 장치에 바이오 디스크가 새로이 로딩되었음을 무선 송신토록 함으로서, 현재 바이오 드라이버에 로딩(loading)된 디스크가 바이오 디스크임을 중앙제어 장치가 인식하도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 바이오 디스크상의 프렙 챔버에 샘플이 주입 안된 채, 바이오 디스크가 로딩된 경우는 eject 되거나 경고 메시지를 사용자에게 보내는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 샘플의 진단 혹은 분석 중, 사용자에 의한 바이오 드라이버로부터 바이오 디스크의 eject(un-loading) 혹은 stop 요구시, 바이오 드라이버는 무시한 채 분석 및 진단을 계속 진행하고, 선택사항으로 경고 메시지(warning message)를 사용자에게 알려주든가 패스워드를 요구하여 패스워드가 맞는 경우에만 사용자의 eject(un-loading) 혹은 stop요구를 받아 들이는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 바이오 디스크 장치가 몇 번 사용했던 디스크 인지에 대한 정보 및 유효기간 정보 및 진단하고자 하는 질병 종류가 저장되어 있는 메모리 수단를 더 구비하여, 바이오 디스크 로딩(loading) 때마다 사용자에게 진단 가능 여부 및 상기 정보를 알 수 있도록 제공 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 바이오 드라이버 장치는 통상의 Optical 디스크 재생을 위한 재생 및 탐색버튼, 정지버튼 및; 현재 로딩된 된 디스크가 바이오 디스크임을 표시하는 발광 다이오드(LED)를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 바이오 드라이버 장치는 액정표시 장치 또는 모니터 표시 장치를 구비하여 바이오 드라이버 장치의 주요공정(프렙 공정, PCR 공정, 혼성화 반응공정 혹은 항원-항체 반응) 및 단계에 따른 진행률을 퍼센트(％), 막대 그라프(bar graph) 혹은 파이 그라프(pie graph) 형식으로 표시해 주는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 드라이버 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 바이오 드라이버를 지지하고 있는 몸체는 바이오 디스크의 탑(top) 로딩 혹은 프런트(front) 로딩을 허용하는 것을 특징으로 하며, 또한, 상기 바이오 드라이버는 복수개의 바이오 디스크를 한꺼번에 로딩할 수 있는 복수개의 턴테이블들을 갖춘 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 피 또는 세포 또는 RNA로부터 DNA샘플을 준비하기 위한 프렙(Preparation) 공정단계; 준비된 DNA샘플을 증폭하기 위한 PCR 공정단계; 상기 PCR공정에 의해 얻어진 DNA를 분석사이트에 어레이된 분석 및 진단용 프로브(probe)와 혼성화하기 위한 혼성화(hybridization) 공정단계; 및 분석사이트내 절단가능한 신호요소를 광투과식 측정장치, 전기화학, 커패시턴스 혹은 임피던스 측정장치 혹은 이미지 센서를 포함하는 변환기 결합된 탐지기에 의해 판독하는 단계를 포함하는, 본 발명에 따른 바이오 디스크를 이용한 핵산 분석 방법을 제공한다.

본 발명의 핵산 분석 방법에 있어서, 바람직하게는 상기 프렙공정은 blood 을 상기 프렙 챔버에 설치된 샘플 주입구를 통해 주입하는 단계; cell로부터 추출된 DNA을 상기 입자 혹은 강자성체 비드에 칩착시키기 위한 incubation단계; 상기 입자 혹은 강자성체 비드을 정치 시킨 후, 서서히 바이오 디스크를 회전시키면서 셀(cell) 파괴시 생긴 찌거기(debris)를 트레쉬 챔버로 씻어 흘려 보내는 단계; 및, 상기 입자 혹은 강자성체 비드(bead)에 붙어 있는 DNA을 이탈 혹은 resuspension시켜주는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프렙공정은 blood 을 상기 프렙 챔버에 설치된 샘플 주입구를 통해 주입하는 단계; cell로부터 추출된 DNA을 상기 바이오 디스크의 회전에 의한 원심분리에 의해 DNA을 분리하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

일실시예로, cell lysis를 위해 도데실 황산나트륨(SDS)이라는 시약을 넣는데 SDS는 세제 같은 것으로 계면활성제라고도 불리운다. 이렇게 하면 지질을 포함한 세포의 막 성분이 파괴되고 단백질과 핵산이 용해되기 시작한다. 이 때 페놀(phenol)이라는 시약을 넣는데 페놀은 단백질을 변성시키는 작용이 있다. 그 후에 원심분리 혹은 DNA와 친화력(affinity)을 갖는 강자성체 비드에 의해 DNA, RNA를 포함한 핵산을 얻을 수 있다.

본 발명의 핵산 분석 방법에 있어서, 바람직하게는 상기 PCR공정은 바이오 디스크를 서서히 회전시키면서, 상기 프렙 공정에 의해 얻어진 DNA을 상기 PCR 챔버로 이동시키는 단계; 및, 상기 PCR 챔버로의 DNA 이동 완료후, PCR 챔버내에 내장되어 있는 히터과 온도센서을 이용하여 PCR cycle을 수 회 반복하여 DNA을 증폭시키는 단계을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 핵산 분석 방법에 있어서, 바람직하게는 상기 PCR공정후에, 바이오 디스크를 서서히 회전시키면서 DNAse을 PCR챔버로 유입시키는 단계; 고온으로 가열하여 DNAse의 기능을 정지(인큐베이션 정지) 및 단일가닥의 DNA을 만드는 단계(denaturing step)를 포함하는 fragmentation공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 핵산 분석 방법에 있어서, 바람직하게는 상기 복수개의 PCR 챔버마다 일대일 대응한 독립된 히터(독립된 인큐베이션 시간)를 두어 fragmentation함으로서 서로 다른 길이를 갖는 DNA의 fragmentation이 가능하도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 바이오 디스크를 고속 회전시키면서 피로부터 혈청 내지 항원을 분리하는 단계; 바이오 디스크를 회전시켜 상기 라벨 챔버로 항원을 유입시킨후, 항원과 라벨 표지된 antibody간에 "라벨-항원의 결합체"를 형성토록 1∼2분간 인큐베이션 하는 단계와; 상기 "라벨-항원의 결합체"를 상기 분석 사이트내로 이동시키는 단계와; 바이오 디스크을 정체상태로 배양을 하여 상기 "라벨-항원의 결합체" 와 capture antibody간에 항원-항체 반응이 일어나도록 배양하는 단계와; washing 버퍼을 첨가하여 분석 사이트을 세정하는 단계를 포함하는, 본 발명에 따른 바이오 디스크를 이용한 면역 분석 방법을 제공한다.

본 발명의 면역 분석 방법에 있어서, 바람직하게는 상기 "라벨-항원의 결합체"를 상기 분석 사이트내로 이동시키는 단계는 상기 분석사이트 직전 밸브를 개방과 함께 원심력에 의하지 않고 친수성 유로의 친수적 친화성(hydrophilic affinity)에 의해 "라벨-항원의 결합체"를 이동 시켜 상기 분석사이트내의 다공성 멤브레인에 "라벨-항원의 결합체"를 유입시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 면역 분석 방법에 있어서, 바람직하게는 상기 "라벨-항원의 결합체"와 다공성 멤브레인상의 capture antibody간에 항원-항체 반응이 일어나도록 배양하는 단계이후에, 디스크를 고속회전에 의해 다공성 멤브레인을 건조시키는 건조 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 이는 다공성 멤브레인이 포화되어 있으면 washing 버퍼가 유입되지 않기 때문에 washing 버퍼를 유입시키기 위한 것이다.

본 발명의 면역 분석 방법에 있어서, 바람직하게는 상기 건조단계 이후에, 상기 분석사이트 직전 밸브를 개방하여 친수성 유로의 친수적 친화성(hydrophilic affinity)에 의해 washing 버퍼를 이동 시켜 상기 분석사이트내의 다공성 멤브레인에 washing 버퍼를 유입시켜 분석사이트를 세정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 면역 분석 방법에 있어서, 바람직하게는 상기 세정단계 이후에, 디스크를 고속회전에 의해 다공성 멤브레인을 건조시키는 건조 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 건조는 디스크의 회전에 따라 분석사이트 양측면에 형성된 공기구멍을 통해 공기가 들어오고 나감에 따라 이루어 진다.

본 발명의 면역 분석 방법에 있어서, 바람직하게는 상기 분석사이트내의 항원-항체 반응결과를 판독키 위해 이미지 센서에 의한 촬영 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 촬영을 위한 이미지 센서로는 항원-항체 반응결과인 발색입자를 촬영하기 위한 통상의 CCD(Charge Coupled Device) 혹은 CMOS센서를 사용할 수 있다.

본 발명의 면역 분석 방법에 있어서, 을 따른 면역분석방법에 있어서, 상기 항원-항체 반응결과를 문진표와 함께 전문의사에게 원격 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1 및 도 2는 바이오 디스크 속에 설치된 초소형 구슬을 이용한 밸브 장치를 보인 바이오 디스크 단면도이다.

도 3은 바이오 디스크 와 이를 제어하기 위한 제어용 디스크(200)의 일 실시예이다.

도 4는 도 3의 브러쉬(혹은 도체 와이어) 와 환형전극간의 마찰접촉에 의해 상기 제어용 디스크에 전원을 공급하기 위한 연결부의 일 실시예이다.

도 5는 제어용 디스크가 내장된 바이오 드라이버 장치의 일실시예이다.

도 6 내지 도 8은 광학적 측정 장치에 의해 구현하는 여러 실시예들이다.

도 9 내지 도 14는 전기화학 탐지 장치 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정장치 혹은 이미지 센서에 의한 판독 방법의 일 실시예이다.

도 15 내지 도 20은 본 발명의 바이오 디스크의 일 실시예이다.

도 21 내지 도 22는 immuno assay(면역학적 검증장치) 와 핵산 프로브(probe) 반응 분석 을 동시에 분석 하기 위해, 바이오 디스크상에 동시 배치한 일 례이다.

도 23 내지 도 26은 본 발명으로 구현가능한 바이오 드라이버 장치의 외관에 대한 일 실시예이다.

도 7은 친수성 유로로 연결된 본 발명의 분석사이트에 대한 일 실시예이다.

발명의 실시를 위한 형태

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성을 더욱 상세히 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 바이오 디스크 상에 설치된 Lab On a Chip의 유체의 흐름 또는 유량을 제어하기 위한 밸브는 바이오 디스크의 상 또는/및 하측에 설치된 전자석 혹은 영구 자석에 의해 형성된 자력 힘으로 움직이는 초소형 구슬(micro bead)을 바이오 디스크 내부에 구비하여 유로를 개폐한다. 이는 선 출원된 국내 특허 "초소형 구슬을 이용한 박막 밸브 장치 및 제어방법" (10-2001-0031284) 및 PCT 출원 "초소형 구슬을 이용한 박막 밸브 장치 및 제어 방법" (2002,05,31, PCT/KR02/01035)에 잘 예시되어 있다.

본 발명의 선호되는 실시예에서, 상기 초소형 구슬은 예를 들어 자석구(magnet ball), 강자성체 금속 입자, 상 자성체 입자, 반 자성체 입자, 스텐인레스 금속구 등과 같을 물질을 포함한다. 또한 상기 초소형 구슬은 고체 금속이거나 플라스틱, 유리 구슬등으로 형성될 수 있으며 그 위에 금속 코팅 또는 고무 같은 쿠션(Cushion) 재료 코팅이 이루어진다. 또한 금속구는 합금일 수도 있다. 또한 상기 초소형 구슬은 전하를 띨 수 있으며, 이때 전자석 대신 바이오 디스크의 상하면에 배치되는 전극판을 사용한다. 전극판에 가해진 전압의 방향에 따라 전하를 띤 구슬이 유공을 열거나 닫는다.상기 초소형 구슬의 직경은 1um 내지 1mm 범위 내에 있고, 선호적으로 100um 내지 500㎛가 알맞다. 상기 구슬의 크기가 커지면 접촉면이 증가 하여 개폐에 대한 신뢰도가 증가하게 된다. 또한 본 발명에서는 상기 초소형 구슬은 구형일수도 있으나 박막형 원기둥 영구 자석 혹은 박막형 사각형 영구 자석이 선호된다. 상기 박막형 영구자석 두께는 0.1mm∼0.5mm가 선호된다.

상기 전자석을 위한 권선의 직경은 0.01mm∼0.5mm가 선호된다.

도 1 및 도 2는 바이오 디스크(100)속에 설치된 박막형 원기둥 영구 자석 을 이용한 밸브 장치를 보인 바이오 디스크 단면의 일례이다.

상기 바이오 디스크(100)는 윗 기질(1)과 중간 기질(2) 과 아래 기질(3)로 구성되며, 이들 각각은 사출 성형 공정동안 기질 표면에 유체가 흐를 수 있는 유로(channel) 및 버퍼(buffer) 용액을 저장할 수 있는 챔버(chamber) 와 상기 유로를 연결시키는 유공을 복수개 형성한다. 이들은 서로 밀착 부착되어 하나의 바이오 디스크(100) 몸체를 이룬다.

도 1은 상기 박막형 원기둥 영구 자석(70a)에 의해 유공(10)이 막혀 유로(16a)가 차단된 경우를 나타내고, 도 2는 유공(10)이 열려 유로(16a)가 연결된 것을 나타낸다. 도 1에서 와 같이 유공(10)을 닫아 유로를 차단시키려면 하측 전자석(5a)을 오프 시키면 상측 영구자석(4a)에 의해 상기 박막형 원기둥 영구 자석(70a)을 윗쪽으로 끌어당겨져 유공(10)을 닫게 된다. 즉 상측 영구자석(4a)과 상기 박막형 원기둥 영구 자석(70a) 간에는 인력이 발생하여 밸브가 닫힌다. 반대로 도 2에 서 와 같이 유공(10)을 열어 상기 유로를 연결시키려면 하측 전자석(5a)은 상기 박막형 원기둥 영구 자석(70a)을 아래쪽으로 끌어당기는 방향으로 전원을 인가한다. 즉 하측 전자석(5a)과 상기 박막형 원기둥 영구 자석(70a) 간에는 인력이 발생토록 전원을 인가한다.

본 발명의 상기 전자석(5a)은 박막형 전자석 또는 bobbinless coil 또는 이동 가능한 영구자석이 선호된다. 또한, 본 발명은 유체이동을 위해 디스크에 좁은 유로(channel)(16a)가 형성되어 있기 때문에, 유체가 압력을 받지 않고 원활히 유로를 흐를 수 있도록 배기구(12)가 윗기질(1)에 형성되어 있다.

도 3은 분석에 필요한 각종 버퍼 용액을 저장하고, 다양한 화학 공정을 수행하기 위한 챔버 (chamber)와 처리된 유체 및 버퍼 용액들을 이동시키기 위한 유로, 이들 유로의 개폐를 제어하기 위한 상기 밸브장치들이 포함된 Lab On a Chip이 배치된 바이오 디스크(100) 와 이를 제어하기 위한 제어용 디스크(200) 및 바이오 드라이버 장치의 일 실시예이다.

본 발명의 바이오 디스크(100)는 플라스틱, PMMA, 유리, 운모, 실리카, 실리콘 웨이퍼의 재료 등의 다양한 재료로부터 선택될 수 있다. 그러나, 플라스틱이 경제적 이유, 가공의 용이성 때문에 선호된다. 사용가능한 플라스틱으로는 폴리프로필렌, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 및 폴리카보네이트가 있다. 폴리프로필렌과 폴리카보네이트가 선호되며 폴리카보네이트가 가장 선호된다.

상기 바이오 디스크(100)는 윗 기질(1)과 중간 기질(2) 과 아래 기질(3)로 구성되며, 이들 각각은 사출 성형 공정동안 기질 표면에 유체가 흐를 수 있는 상기 유로(channel) 및 버퍼(buffer) 용액을 저장할 수 있는 챔버(chamber) 와 상기 유로를 연결시키는 유공을 복수개 형성한다.

이들은 서로 밀착 부착되어 하나의 바이오 디스크(100) 몸체를 이루며, 이는 국내 특허 출원 "초소형 구슬을 이용한 박막 밸브 장치 및 제어 방법" (2001,05,31, 10-2001-0031284) 및 PCT 출원 "초소형 구슬을 이용한 박막 밸브 장치 및 제어 방법" (2002,05,31, PCT/KR02/01035)에 잘 예시되어 있다.

제어용 디스크(200)는 플라스틱, PMMA, 유리, 운모, 실리카, 실리콘, PCB(Print Circuit Board)의 재료 등의 다양한 재료로부터 선택될 수 있다. 그러나 본 발명에서는 PCB 재료와 실리콘 웨이퍼의 재료가 회로설계의 용이성때문에 선호된다.

상기 바이오 디스크(100)는 윗기질(1)과 중간기질(2)과 아래기질(3)이 적층에 의해 형성된다. 박막형 원기둥자석(70a,70b,70c)은 각각 영구자석(4a,4b,4c) 와 전자석(5a, 5b, 5c)에 의해 형성된 자력에 의해 독립적으로 개폐제어 된다. 120은 샘플을 주입하기 위한 피펫 또는 주사위 또는 샘플 주입 수단을 나타내고, 121은 샘플주입구 이고 170은 디스크 중심 공극을 나타내고 도면 부호130는 피 또는 세포로부터 DNA샘플 또는 RNA로부터 R-T(Reverse Transcription:역 전사)에 의한 DNA샘플을 준비하기 위한 프렙(Preparation)공정을 포함하는 프렙챔버(Preparation chamber)이고, 131는 PCR(Polymer Chain Reaction)공정 위한 PCR챔버이고, 132는 혼성화(hybridization)공정을 위한 챔버로 상기 PCR공정에 의해 증폭된 DNA을 분석 및 진단 하기 위한 켑쳐프로브(capture probe)가 어레이 형태로 기질에 부착되어 있는 분석사이트(assay)이고 133는 세정공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버(Trash chamber)이다.

도면 부호 140는 상기 PCR공정에 필요한 폴리머라아제, 프라이머를 비롯한 각종 효소(enzyme)들을 포함하는 버퍼용액을 포함하는 챔버이고, 141 ,142 및 143는 상기 혼성화공정에 필요한 각종 효소를 포함하는 챔버이다.

상기 각각의 공정(프렙공정 , PCR공정, 혼성화공정, 세정공정)의 시작시점과 종료 시점에서의 밸브의 개폐 제어는 상기 제어용 디스크(200)상에 설치된 전자석들(5a, 5b, 5c)에 인가된 전류의 온 오프 제어에 의해 이루어지고, 유체이동은 디스크의 회전력에 의한 원심력에 의한다.

도면부호 55는 모터(102)의 축방향으로 고정연결된 환형 전극으로 표면이 도체물질로 코팅되어져 있고, 모터(102)의 축과는 전기적으로 절연되어있다.

도면 부호 110은 전원부로 직류 전압을 공급한다. 마이너스(-)단자는 모터(102)몸체에 연결되어 접지된다. 프러스(+)단자는 브러쉬(108,109)에 연결되어 상기 환형전극(55)에 프러스(+)전압을 공급한다.

상기 환형 전극(55) 와 브러쉬(혹은 도체 와이어)(108,109)간 마찰접촉에 의해, 제어용 디스크(200)상의 제어부(63) 및 무선 송신 혹은 송 수신 혹은 수신 장치(107)에 플러스(+) 전원을 공급하며, 마이너스(-) 전원은 접지 연결된 모터(102)의 몸체와 연결된 모터 축(57) 과 연결부(201)을 통해 제어용 디스크(200)에 공급된다.

도면 부호 240 과 241은 각각 상기 제어용 디스크(200)의 플러스(+) 전원 과 마이너스(-) 전원에 연결된 전원 단자이다.

도면 부호 181은 바이오 디스크(100)을 올려놓기 위한 턴 테이블(turn table)로, 디스크의 중심 공극(170)을 통해 턴 테이블에 로딩된다. 반면 제어용 디스크(200)는 턴 테이블(181)에 고정 결합된다. 턴 테이블에 고정 결합된 제어용 디스크(200)와 턴 테이블에 로딩된 바이오 디스크간에는 1mm 내외의 간격(182)이 유지된다.

도면 부호 188는 메모리 내장형 무선 RF IC로 Lab On a Chip을 위한 프로토콜, 분석 알고리즘, 판독을 위한 표준 제어값 및 분석사이트에 대한 위치 정보, 생물정보학(bioinformatics)정보, 자기 진단(self diagonasis)에 관련된 정보를 포함한다. 또한 바이오 드라이버의 장치 드라이버 소프트 웨어 및 임상분석을 위한 환자교육정보를 포함할 수 있으며 개조될 수 있다. 또한 진단 결과에 따른 전문 의사 및 병원과 연결될수 있는 웹 사이트 와 각종 링크들을 포함할 수 있다. 또한 개인 암호화 정보가 저장될수 있어, 타인이 함부로 사용할수 없도록 할 수 있다.

상기 무선 RF IC(188)는 스마트 IC카드 형태가 선호된다. 상기 무선 RF IC(188) 정보는 무선 송수신를 통해 중앙제어장치(101)에 제공되어 지며, 개인 암호화를 위해 활용되어진다.

도면 부호240a 및 241a는 각각 바이오 디스크(100)상에 있는 전원 연결부로 도체로 표면 코팅되어 있으며, 상기 전원단자(240,241)와 연결되어 바이오 디스크(100)상에 전원을 공급한다.

도 4는 도 3의 브러쉬(108,109) 와 환형전극(55)간의 마찰접촉에 의해 환형전극(55)에 공급된 플러스(+) 전원을 상기 제어용 디스크(200)에 공급하기 위한 연결부 (201)로, 상기 제어용 디스크(200)에 연결되어 플러스(+) 전원을 공급한다.

모터(102)의 몸체는 접지되어 있고, 모터에 연결되어 있는 모터축(57)도 결과적으로 접지된다. 모터축(57)은 구멍(203)을 통해 제어용 디스크(200)의 중심부에 연결되어 마이너스(-) 전원을 공급한다.

도 5는 도 3의 바이오 디스크(100)을 제어 구동키 위해, 도 3의 제어용 디스크(200)가 턴 테이블(181)에 고정 결합되어 내장된 바이오 드라이버 장치의 일 실시예이다.

상기 제어용 디스크(200)상의 플러스 전원 과 마이너스 전원은 전원단자(240,241)을 통해 바이오 디스크(100)에 연결 공급된다. 플러스 전원 단자(240) 과 마이너스 단자(241)의 한쪽 말단부는 제어용 디스크(200)의 플러스 전원과 마이너스 전원에 연결 고정되며; 다른 말단부는 바이오 디스크(100) 로딩시, 바이오 디스크(100)상에 도전체로 표면 코팅되어 있는 전원 연결부(240a, 241a)와 각각 밀착 연결된다.

회전하고 있는 제어용 디스크(200)상의 제어부(63)에 전원공급을 공급하기 위한 브러쉬(109,108); 이것에 전원을 공급하기 위한 전원장치(110); 300는 바이오 드라이버를 지지하고 있는 몸체이다. 바이오 드라이브 밑면에는 회로기판(140)이 상기 바이오 드라이브 몸체(300)에 이음 체결되어있고, 회로기판위에 바이오 드라이버를 제어하기 위한 중앙제어 장치(101) 및; 저장장치 혹은 입출력장치(111)가 상기 회로 기판(140)위에 배치 설계되여 있다. 상기 중앙제어 장치(101)는 상기 디스크(100,200)의 회전 혹은 정지를 위해 모터(102)를 제어할뿐만 아니라, 광 픽업 모듈 장치(103)의 이동을 제어한다.

또한 상기 중앙제어장치(101)는 현재 바이오 드라이버에 로딩(loading)된 디스크가 통상의 Optical disc(예:음악 CD, CD-R, 게임 CD, DVD등)인지 바이오 디스크(100)인지를 판단하여, 통상의 Optical 디스크인 경우는 디스크로 부터 읽은 내용을 상기 광 픽업 모듈 장치(103)로부터 저장장치 혹은 입출력장치(111)로 전송하거나, 쓸 내용을 광 픽업 장치(103)로 보내고, 재생/기록(Read/Write) 에 필요한 각종 제어 신호들을 상기 각부에 제공하는 등의 Optical 디스크를 위한 통상의 동작을 하고, 바이오 디스크인 경우 Lab On a Chip 제어를 위한 각종 제어 명령신호를 상기 제어용 디스크(200)에 위치한 비접촉 인터페이스(106,107)를 통해 명령하거나 혹은 무선 RF IC(188)를 통해 보낸다.

상기 제어 명령을 전달 받은 제어용 디스크(200)의 제어부(63)는 Lab On a Chip을 제어 하기 위한 각종 제어 신호를 공급하며,

바이오 디스크의 밸브의 개폐를 제어하기 위해 제어용 디스크(200)상의 전자석(5a,5b,5c)의 전원의 온오프을 제어하여 밸브의 개폐를 제어한다. 상기 제어용 디스크(200)상의 전자석(5a,5b,5c)은 바이오 디스크(100)과 매우 가까이 근접해 있어 바이오 디스크내에 내장된 박막형 원기둥 자석(70a,70b,70c)에 반발력과 인력을 효과적을 발휘할 수 있다. 턴 테이블에 고정 결합된 제어용 디스크(200)와 턴 테이블에 로딩된 바이오 디스크간에는 1mm 내외의 높이 간격(182)이 있다.

본 발명에서, 바람직하게는 상기 바이오 드라이버에 로딩(loading)된 디스크가 통상의 음악 CD, CD-R, 게임 CD, DVD등의 Optical Disc인지, 아니면 바이오 디스크인지를 상기 제어부가 판단하기 위한 바이오 디스크 감지(Bio-Disc Detection) 수단을 더 구비한다.

본 발명에서, 바람직하게는 상기 광 픽업 모듈장치가 바이오 디스크상의 특정 위치에 그루브 패턴(groove pattern) 혹은 데이터 패턴을 판독하여 현재 바이오 드라이버에 로딩(loading)된 디스크가 바이오 디스크임을 중앙제어 장치가 인식하도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 바람직하게는 바이오 디스크의 로딩(loading)시점에서 바이오 디스크상의 비접촉 인터페이스 혹은 무선 RF IC를 통해, 상기 중앙 제어 장치에 바이오 디스크가 새로이 로딩되었음을 무선 송신토록 함으로서, 현재 바이오 드라이버에 로딩(loading)된 디스크가 바이오 디스크임을 중앙제어 장치가 인식하도록 하는 것을 특징으로 한다.

106과 107은 각각 비 접촉 인터페이스를 위한 수신부 혹은 송신부 혹은 송수신부이다.

상기 바이오 디스크(100)상의 광학, 전기화학, 커패시턴스 혹은 임피던스 장치 또는 이미지 센서를 포함하는 변환기에 의해 얻어진 상기 분석사이트(132)에 대한 판독 결과를 상기 비접촉 인터페이스(106,107)인 적외선 인터페이스 혹은 광 인터페이스(optical interface) 혹은 무선 인터페이스을 통해 중앙 제어 장치(101) 혹은 저장장치 혹은 입출력장치(111)로 보내거나, 바이오 디스크(100)상에 내장된 무선 RF IC(188)에 의해 바이오 디스크(100)상의 광학, 전기화학, 커패시턴스 혹은 임피던스 장치를 포함하는 변환기에 의해 얻어진 상기 분석사이트(132)에 대한 판독 결과를 무선 송수신 수단에 의해 외부의 중앙 제어 장치(101) 혹은 저장장치 혹은 입출력장치(111)로 보내거나, 상기 회로기판(140) 위에 배치설계된 이미지 센서(144)에 의해 얻어진 분석사이트에 대한 이미지 정보를 중앙 제어 장치(101) 혹은 저장장치 혹은 입출력장치(111)로 보낸다.

도 6은 광학 장치를 포함하는 변환기에 의해 상기 분석 사이트의 판독방법을 광 투과식으로 구현한 일실시예를 나타낸다.

도 6의 왼쪽 그림은 상기 바이오디스크에 구속신호 요소(557)가 기질 표면상에 남아 있는 경우 이고, 오른쪽 그림은 구속 신호 요소(557)가 대부분 이탈제거되어 이탈 신호 요소를 제공하는 경우를 나타낸다.

광학 분석 판독장치(99a,99b)가 상기 구속신호 요소 및 이탈신호요소에 입사되는 레이저 발생장치(99a)와 광의 투과 정도를 탐지하는 광 수신부(99b)에 의해 구현된 일 실시예 이다. 도면 부호 555는 상기 광수신부(99b)의 판독을 위한 투명 개구부이다.

도 7은 상기 분석사이트(132)에 대한 광 투과 방법에 있어서 광 수신부(99b)을 윗 기질(1)에 집적화 시킨 일실시예를 나타낸다. 상기 광학 분석판독 장치(99a,99b)가 상기 구속신호 요소 및 이탈신호요소에 입사되는 레이저빔 발생 장치(99a)와 광투과율를 탐지하는 광수신부(99b)에 의해 구현된 일실시예 이다.

이 경우 복수개의 분석 사이트에 대해서는 일대일 대응하여 상기 광 수신부 (99b)가 어레이 형태로 배열된다. 이러한 배열 방식은 통상의 광 픽업장치(103)에 1개의 광 송신부 와 1개의 광 수신부 모두가 함께 광픽업 모듈 형태로 되어 있는 것 과 구별된다. 이러한 광 픽업모듈 형태는 추가분의 광 반사 경로 때문에, 광의 경로(optical traveling path)가 길어져 광 수신부의 감도가 떨어지는 단점이 있다. 왼쪽 그림은 상기 바이오 디스크에 구속 신호요소(557)가 기질 표면상에 남아 있는 경우 이고, 오른쪽 그림은 구속신호요소(557)가 대부분 이탈 제거되어 이탈 신호요소를 제공하는 경우를 나타낸다.

도면 부호 555는 상기 광 수신부(99b)의 판독을 위한 투명 개구부이다.

도 8은 상기 광수신부(99b)의 어레이(array)가 바이오 디스크의 원주 방향으로 배열 내장된 바이오 디스크의 일 실시예를 나타낸다. 바이오 디스크의 회전에 따라, 바이오 디스크에 내장된 복수개의 분석 사이트마다 일대일 대응한 광 수신부(99b)에 의해 차례로 판독이 가능하다.

도 9 내지 도 13은 상기 바이오 디스크(100)에 설치된 상기 분석사이트(132)에 의해 발생된 분석종 특이적 신호의 탐지를 기질(701)상에 배치된 인터디지테이티드 어레이(interdigitated array) 전극(702,703) 과 말단부에 금속구(40) 혹은 HRP(HorseRadish Peroxidase)(41)가 부착된 프로브에 의해 구현된 전기화학 탐지 장치, 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정장치의 일실시예을 보인다. 또한 기존의 면역 크로마토그라피 기법(immuno chromatographic reaction)에 주로 쓰이는 항원-항체 반응을 이용한 전기화학 탐지장치, 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정장치의 일실시예을 보인다. 상기 기질(701)은 다공성 멤브레인(membrane)상에 인터디지테 이티드 전극이 표면 코팅된것이 선호되며, 상기 다공성 멤브레인은 NC(NitroCellulose) 혹은 나이론 멤브레인이 혹은 정렬된 나노 튜브(nano tube)가 선호된다.

도 9는 인터디지테이티드 어레이(interdigitated array) 전극(702,703)에 의해 구현된 전기화학 탐지기, 혹은 커팬시턴스 및 임피던스 측정장치의 일실시예를 보인다.

제어부(63)로부터 어떤 대역폭을 갖는 교류신호를 인터디지테이티드 어레이의 두 단자(704,705)에 가하여, 주파수 응답 특성을 측정하므로서 커패시턴스 및 임피던스 측정이 가능하다. 또한 H₂O₂용액하 HRP(HorseRadish Peroxidase)에 의한 산화 환원반응(REDOX 반응)의해 유기된 전압 및 전류를 상기 제어부(63)가 측정 하므로서 전기화학 탐지가 가능하다. 상기 인터디지테이디드에 의한 측정장치는 선 출원된 국내 특허 출원 "핵산 및 올리거뉴클레오티드의 상보적 이중결합의 특정 서열에 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치" (2001,01,27 10-2001-0003956) 및 PCT출원 "핵산 및 올리거뉴클레오티드의 상보적 이중가닥 또는 단일가닥에 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치" (2002.01.27 PCT/KR02/00126)에 잘 예시되어 있다.

도 10 내지 도 11은 상기 바이오 디스크(100)에 설치된 상기 분석사이트(132)에 의해 발생된 분석종 특이적 신호의 탐지를 기질(701)상에 배치된 인터디지테이티드 어레이(interdigitated array) 전극(702,703) 과 HRP(HorseRadish Peroxidase)(41)가 부착된 프로브에 의해 구현된 전기화학 탐지장치, 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정장치의 일실시예를 보인다. 산화 및 환원의 연쇄 반응에 의해 발생된 전자들에 의해 인터디지테이티드 어레이(interdigitated array)의 전극(702,703)에 전류 및 전압이 유기된다.

인터디지테이티드 어레이(interdigitated array) 전극(702,703)의 디지트(digit) 개수를 증가시킬수록 탐지기의 감도는 증가한다.

상기 분석 사이트(132)는 기질(701)의 표면이 아민처리된후, 바이오틴(50) 표지된 절단 가능한 신호요소가 기질 표면에 직접 닿지 않도록 하기 위해, 반응성 없는 분자(예: (CH₂)_n: alkane chain)의 모노레이어(monolayer)을 표면에 형성한 후, 상기 바이오틴(50) 표지된 절단 가능한 신호요소를 표면에 침착하여 준비하는 것이 선호된다.

샘플주입후 혼성화 반응을 일으키지 않고 단일가닥을 유지하고 있는 절단 가능한 프로브들은 nuclease 효소와의 접촉에 의한 절단과정과 세정 과정후에 제거되므로, 혼성화를 이룬 이중가닥(43)만이 표면에 구속 신호요소로서 남아 있게 된다. 이후, 스트렙아비딘(51) 표지된 HRP도입으로 상기 바이오틴 표지된 구속 신호 요소와 스트렙아비딘-바이오틴 결합을 이룬다.

이후, H₂O₂용액하 HRP(HorseRadish Peroxidase)에 의한 산화환원반응(REDOX 반응)의해 인터디지테이티드 어레이에 유기된 전압 및 전류를 상기 제어부(63)가 측정하므로서 전기화학 탐지가 가능하고, 이것은 이탈 신호에 대한 차등적 전기화 학 신호를 탐지 장치에 제공한다.

도 11의 왼쪽 그림은 상기 바이오디스크(100)의 분석사이트(132)내 구속 신호요소가 기질(701)표면상에 남아 있어서 H₂O₂용액하에서 산화 환원 반응이 잘 일어나는 경우 이고, 오른쪽 그림은 상기 절단과정 및 세정과정 후에 구속신호요소가 대부분 이탈 제거된 경우로 산화 환원 반응이 일어나지 않는 경우를 나타낸다. 이들은 차등적 전기화학 신호를 탐지 장치에 제공한다

도 12는 상기 바이오 디스크(100)에 설치된 상기 분석 사이트(132)에 의해 발생된 분석종 특이적 신호의 탐지를 기질(701)상에 배치된 인터디지테이티드 어레이(interdigitated array) 전극(702,703)과; 항체와 결합된 라벨(label) (471) 과 분석하고자 하는 샘플(antigen 혹은 analyte)(472)간의 결합에 의한 라벨-항원의 결합체 와; 상기 분석사이트(132)내의 기질(701)상의 고정되어 있는 capture antibody(473)와; 상기 라벨-항원 결합체와 상기 capture antibody와의 항원-항체 반응에 의해 구현된 전기화학 탐지 장치 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정장치의 일실시예를 보인다.

본 발명에서는 상기 라벨는 일반적으로 발색용 입자(474)로서 금 또는 라텍스(latex) 혹은 형광표지 혹은 방사능 동위원소가 선호된다.

라벨-항원의 결합체 형성후, 항원-항체 반응이 일어난 것은 구속 신호 요소를 제공하며; 라벨-항원의 결합체 형성후, 항원-항체 반응이 일어나지 않은 경우는 이탈 신호요소를 작용된다. 이들에 대해 주파수 응답특성을 측정하므로서 상기 각 분석 사이트에 대한 커패시턴스 및 임피던스 측정이 가능하다.

도 13의 왼쪽 그림은 세정과정후, 상기 바이오디스크(100)에 항원-항체 반응에 의해 구속신호요소(gold 혹은 latex 혹은 형광표지 혹은 방사능 동위원소)가 기질(701)표면상에 남아있는 경우이고, 오른쪽 그림은 세정과정 후 대부분 이탈제거된 경우를 나타낸다. 이들은 차등적 커패시턴스 및 임피던스 신호를 탐지 장치에 제공하거나 이미지 센서에 발색정보를 제공한다.

도 14는 상기 바이오 디스크(100)에 설치된 상기 분석 사이트(132)에 의해 발생된 분석종 특이적 신호의 탐지를 다공성 멤브레인 기질(701)상에 특이적 결합을 나타내는 복수개의 항체가 어레이 형태로 배치된 capture antibody(473)과; 항체와 결합된 라벨(label)(471) 과 분석하고자 하는 샘플(antigen 혹은 analyte)(472)간의 샌드위치결합에 의한 라벨-항원의 결합체 와; 상기 분석사이트(132)내의 기질(701)상의 고정되어 있는 capture antibody(473)와; 상기 라벨-항원 결합체와 상기 capture antibody와의 항원-항체 반응에 의해 구현된 이미지 센서에 발색정보를 제공하는 일실시예를 보인다.

본 발명에서는 상기 다공성 메브레인 기질(701)은 나일론 혹은 NC 멤브레인 혹은 정렬된 나노 튜브(aligned nano tube)가 선호된다.

라벨-항원의 결합체 형성후, 항원-항체 반응이 일어난 것은 구속 신호 요소를 제공하며; 라벨-항원의 결합체 형성후, 항원-항체 반응이 일어나지 않은 경우는 이탈 신호요소를 작용된다. 도 14의 왼쪽 그림은 세정과정후, 상기 바이오디스크(100)에 항원-항체 반응에 의해 구속신호요소(gold 혹은 latex 혹은 형광표지 혹은 방사능 동위원소)가 기질(701)표면상에 남아있는 경우이고, 오른쪽 그림은 세정과정 후 대부분 이탈제거된 경우를 나타낸다. 이들은 차등적 발색정보를 이미지 센서에 제공한다.

도 15 내지 18은 본 발명의 바이오 디스크의 일실시예이다.

도 15 및 16는 바이오 디스크(100)상에 핵산 분석을 위한 Lab On a Chip이 배치된 일실시예이다.

도면 부호 170은 디스크의 중심 공극이고, 171은 상기 제어용디스크(200)와의 인터페이스를 위한 연결부를 제공한다.

도면 부호130는 피 또는 세포 또는 RNA로부터 DNA샘플을 준비하기 위한 프렙(Preparation)공정을 포함하는 프렙챔버(Preparation chamber)이고, 131 및 131a는 PCR(Polymer Chain Reaction)공정 위한 PCR챔버로 PCR 공정에 필요한 폴리머라아제, dNTP를 비롯한 프라이머등 각종 효소(enzyme)들을 포함하는 버퍼용액을 저장하고 있는 챔버이고, 132는 혼성화(hybridization) 공정을 위한 챔버로 증폭된 DNA을 분석 및 진단 하기 위한 바이오틴 표지된 켑쳐프로브(capture probe)가 어레이 형태로 기질에 부착되어 있는 분석사이트(Assay)이고 133는 세정공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버들(Trash chamber)이다.

상기 주요공정(프렙 공정, PCR공정, 혼성화 공정, 세정공정)은 상기 바이오 디스크상에 나선형으로 연결되어 배치되어 있다. 이는 상기 각 공정에 필요한 유체 들이 원심력에 의해 이동 연결을 용이케 한다. 또한 상기 주요 공정을 지원하기 위한 시약들을 가지고 있는 챔버들이 나선형으로 주변에 배치되어 있다.

도면 부호 129는 washing buffer가 들어 있는 챔버 이고, 129a는 증류수가 들어 있는 챔버이다. 144는 혼성화 버퍼(hybridization buffer)를 저장하기 위한 챔버이고, 136은 DNA을 적당한 크기로 자르기 위한 fragmentation공정을 위한 DNAse가 들어 있는 챔버이다. 141 ,142 및 143는 혼성화에 필요한 각종 효소를 포함하는 챔버들이다.

141은 단일가닥을 절단하기 위한 nuclease 효소를 저장하기 위한 챔버이고, 142는 스트렙아비딘 표지된 금속 미소구를 저장하기 위한 챔버 이다. 143은 PBS(Phosphate Buffered Saline)용액을 저장하기 위한 챔버이다.

도면 부호 150,151,152,153,154,155,156,157,158,160,161,162,163는 밸브이다.

이들 바이오 디스크(100)상의 유체 이동은 디스크 회전에 의한 원심력 와 밸브 개폐에 의한다.

도면 부호 177은 상기 바이오 디스크(100)에 매몰 내장되어 있는 전자석 혹은 영구자석으로 상기 바이오 디스크에 내장매몰 시키는 대신, 자력이 필요할 때마다 상기 프렙챔버(130)의 위 혹은 아래로 영구자석을 이동 접근시켜 동작시켜도 된다.

상기 주요 공정(프렙 공정, PCR 공정 , 혼성화 공정, 세정공정)의 시작시점과 종료 시점에서의 밸브의 개폐 제어는 바이오 디스크내의 박막형 원기둥 자석과 그 상측에 있는 영구자석간의 인력; 그리고 바이오 디스크내의 박막형 원기둥 자석과 그 하측에 있는 전자석(혹은 이동 가능한 영구자석) 간의 힘의 균형 제어에 의해 이루어진다.

즉, 상기 주요 공정(프렙 공정, PCR 공정 , 혼성화 공정, 세정공정)의 시작시점과 종료 시점에서의 밸브의 개폐 제어는 상기 바이오 디스크내의 박막형 원기둥 자석의 하측에 설치된 전자석들의 온(on)오프(off)을 제어하거나 상기 바이오 디스크내의 박막형 원기둥 자석의 하측에 영구 자석의 기계적 접근을 제어하는 상기 제어부(63)에 의한다.

박막형 원기둥 자석의 하측에 설치된 전자석의 온오프 제어에 의해 밸브를 개폐하는 경우, 전자석 온(on)시 바이오 디스크내의 원기둥 자석과의 인력 작용에 의해 밸브가 열리고. 오프(off)시, 바이오 디스크내의 박막형 원기둥 자석과 그 상측의 영구 자석과의 인력에 의해 밸브는 닫힌다.

박막형 원기둥 자석의 하측으로의 영구 자석의 기계적 접근에 의해 밸브를 개폐하는 경우, 영구자석 접근시 바이오 디스크내의 원기둥 자석과의 인력 작용에 의해 밸브가 열리고. 영구 자석 이탈시, 바이오 디스크내의 박막형 원기둥 자석과 그 상측의 영구 자석과의 인력에 의해 밸브는 닫힌다.

도면 번호 128는 증류수가 들어 있는 챔버이고, 135는 트레쉬 챔버이다.

도 15는 한 개의 PCR챔버를 가진 Lab On a Chip이 배치된 바이오 디스크의 일실시예이고, 도 16은 상기 PCR챔버를 복수개로 구성한 경우에 대한 바이오 디스크의 일 실시예이다.

도 16에서 상기 복수개의 PCR챔버(131a) 각각에는 서로 다른 종류의 프라이머가 들어가든지, 같은 종류의 프라이머가 들어 갈수 있다. 또는 상기 복수개의 PCR챔버 각각에는 복수개의 프라이머가 들어 갈수 있다.

상기 복수개의 PCR챔버들로부터 각각 증폭된 DNA는 챔버131b에서 합쳐진다.

도 17을 바이오 디스크(100)상에 항원-항체 반응에 의해 구현된 Lab On a Chip이 배치된 바이오 디스크의 일실시예이고, 도 18은 도 17의 분석사이트내 어레이의 일실시예이다.

도면 부호130는 주입구(121)를 통해 주입된 피로부터 원심분리에 의해 혈청(serum)을 준비하기 위한 프렙(Preparation)공정을 포함하는 프렙챔버(Preparation chamber)이고, 132는 항원-항체반응을 위한 챔버로 시료(antigen 혹은 analyte)을 분석 및 진단 하기 위한 immuno assay가 어레이 형태로 기질에 부착되어 있는 분석사이트(Assay site)이다. 분석사이트에는 상기의 capture antibody가 고정되어 있다. 133는 세정공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버들(Trash chamber)이다. 상기 분석 사이트(132)는 인터디지테이티드 전극이 표면 코팅된 다공성 멤브레인(membrane)상의 전극 간의 빈 공간에 capture antibody 가 고정되거나 다공성 멤브레인(membrane)상에 capture antibody 가 어레이 형태로 고정되는것이 선호된다. 상기 다공성 멤브레인은 NC(NitroCellulose) 혹은 나이론 멤브레인이 선호된다.

상기 주요공정(프렙 공정, 항원-항체 반응, 세정공정)은 상기 바이오 디스크상에 나선형으로 연결되어 배치되어 있다. 이는 상기 각 공정에 필요한 유체들이 원심력에 의해 이동 연결을 용이케 한다. 또한 상기 주요 공정을 지원하기 위한 시약들을 가지고 있는 챔버들이 나선형으로 주변에 배치되어 있다.

도면 부호 129는 washing buffer 혹은 elution buffer가 들어 있는 챔버 이다.

142a는 항원에 표식자를 붙이기 위한 라벨(label) 챔버 이다. 일반적으로 라벨는 항체가 결합된 형태의 발색용 입자로서 금 또는 라텍스(latex) 또는 형광 표지 혹은 방사능 동위원소를 갖는다. 도면 부호 150,152,153,156는 밸브이다.

상기 프렙 챔버(130)는 원심분리에 의해 혈청분리를 용이케 하기 위해 예시와 같이 원주 방향으로 원뿔형 비이커 (BEAKER CONICAL) 모양 혹은 플라스크(Flask) 모양의 챔버가 선호된다. 원심분리하면 혈청, 혈병으로 분리된다. 즉, 원심분리하면 내주쪽에는 혈청이, 외주쪽에는 혈병이 몰리게 된다. 상기 같은 모양의 프렙 챔버를 사용하는 경우, 프렙 챔버(130)내에서 혈청이 혈병에 비해 상대적으로 많은 높이를 점유하므로, 밸브152을 개방한채 서서히 바이오 디스크를 회전시키면서 다음 챔버로 혈청 이동시키는 경우, 혈청만의 이동이 훨씬 용이해진다. 만약 혈청이 혈병에 비해 많은 높이를 점유하지 않으면, 혈청만 다음 챔버로 이동시키는 것은 매우 어려운 일이 될 것이다.

상기 바이오 디스크(100)의 고속회전에 의한 원심분리로 피로부터 혈청을 뽑아낸다.

상기 분석 사이트는 다공성 멤브레인(membrane)상에 capture antibody(항체)가 어레이(array) 형태로 고정되거나 다공성 멤브레인(membrane)상에 인터디지테이 티드 전극이 표면 코팅된것이 선호되며, 상기 다공성 멤브레인은 NC(NitroCellulose) 혹은 나이론 멤브레인이 선호된다.

상기 capture antibody(항체)가 어레이(array)는 종양 표지자(tumor marker)을 고정시키는 것이 선호된다. 상기 종양 표지자(tumor marker)는 AFP ,PSA, CEA, CA19-9,CA125,CA15-3인 것이 선호된다.

또한, 상기 capture antibody(항체)가 어레이(array)는 심근 경색 표지 인자인 Myoglobin, CK-MB , Troponin I (Tnl)을 고정시키거나 알츠하이머(Alzheimer) 질환의 특이 마커인 GS(Glutamine Synthetase)을 고정시키는 것이 선호된다.

일반적으로 진행 암이 아니면 종양 표지자(tumor marker)의 혈중 농도가 증가하지 않으며, 보통 조기 암의 경우에 혈중 종양 표지자는 정상범위 내의 값이며, 암이 진행됨에 따라 혈중 농도가 증가해 양성율도 높아진다. 본 발명에서는 이러한 점을 착안하여 바람직하게는 상기 종양표시자는 이용한 분석사이트의 정량분석에 의한 판독결과를 이력 관리하는 통계 소프트웨어를 구비하여 정기적 추적 진단에 대한 정보를 제공하는 것을 특징으로 한다.

상기 바이오 디스크(100)상의 유체 이동은 디스크 회전에 의한 원심력 와 밸브 개폐에 의하거나, 디스크 회전에 의한 원심력 와 유로의 친수성 표면 처리에 의한 친수성 유체이동 및 밸브 개폐 동작에 의하거나, 디스크 회전에 의한 원심력 와 밸브의 빠른 개폐의 반복 동작을 동반한 유로의 친수성 표면 처리에 의한 친수성 유체이동 및 밸브 개폐 동작에 의한다. 친수성 유로로의 유체이동을 하려면 초기 저항(주로 친수성 코팅과 소수성 코팅의 경계면에서 발생되는 저항)을 극복해야 한 다. 밸브를의 빠른 개폐동작은 유체에 요동을 가져오고 저항을 극복하는데 도움이 된다. 저항이 극복되면 이후 친수성에 의해 이동된다.

도 18은 상기 종양 표시자를 spot(점) 어레이 모양으로 상기 다공성 멤브레인(999)상 혹은 폴리카보네이트상에 고정시킨 일 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서는 6 종양 표시자 AFP(999a) ,PSA(999b), CEA(999c), CA19-9(999d),CA125(999e),CA15-3(999f)들이 다공성 메브레인(999)상에 고정되었다.

상기 폴리카보네이트상에 항체인 종양표시인자를 고정시키기 위한 방법은

선 출원된 국내 특허 출원 "핵산 및 올리거뉴클레오티드의 상보적 이중결합의 특정 서열에 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치" (2001,01,27 10-2001-0003956)에 잘 예시되어 있다.

도 19는 상기 도 15, 도 16 의 주요 공정에 따른 챔버에 대한 바이오 디스크의 단면도의 일실시예 이다.

상기의 주요 공정의 밸브를 위한 박막형 원기둥 자석(150,151,153,156)은 각각 영구자석(4a, 4b, 4c, 4d) 과 제어용 디스크 상의 전자석(5a, 5b, 5c, 5d) 에 의해 형성된 자력에 의해 독립적으로 개폐제어 된다. 121은 샘플주입구 이다.

도면 부호130는 피 또는 세포 또는 RNA로부터 DNA샘플을 준비하기 위한 프렙(Preparation)공정을 포함하는 프렙챔버(Preparation chamber)이다. 이 프렙챔버에는 DNA추출을 위해 DNA와 친화력(affinity)을 갖는 입자 혹은 강자성체 비드(bead) 와 셀(cell)을 깨뜨리기 위한 Lysis 버퍼 용액이 들어 있다.

131은 PCR(Polymer Chain Reaction)공정 위한 PCR챔버로 PCR 공정에 필요한 폴리머라아제, dNTP를 비롯한 프라이머(Primer)등 각종 효소(enzyme)들을 포함하는 버퍼용액을 저장하고 있는 챔버이고, 132는 혼성화(hybridization) 공정 또는 항원-항체반응을 위한 챔버로 상기 PCR공정에 의해 증폭된 DNA을 분석 및 진단 하기 위한 켑쳐프로브(capture probe)가 어레이 형태로 기질에 부착되어 있는 분석사이트(Assay)이고 133는 세정공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버(Trash chamber)이다.

상기 도 15 및 도 16 및 도 19의 바이오 디스크에 대한 주요 공정의 일실시예는 다음과 같다.

＜프렙 공정＞

상기 프렙 챔버(130)에는 샘플로부터 DNA을 추출하기 위한 챔버로 프렙 공정의 일실시예는 다음과 같다.

blood 10 ㎕(EDTA,ACD Tube) 혹은 5 ㎕(Heparin Tube)을 상기 프렙 챔버(130)에 설치된 샘플 주입구(121)를 통해 주입한다. 상기 프렙 챔버(130)에는 셀(cell)을 깨뜨려 DNA을 추출하기 위한 Lysis 버퍼용액과 추출된 DNA와 친화력(affinity)을 갖는 입자 혹은 강자성체 비드(bead)가 들어 있다

5분간 incubation한후, DNA는 cell로부터 추출되어 DNA와 친화력을 갖는 상기 입자 혹은 강자성체 비드에 칩착된다.

상기 도 4a의 전자석(177)을 온(on) 혹은 이동 가능한 영구자석을 상기 프렙 챔버(130)에 근접시켜 상기 입자 혹은 강자성체 비드을 정치 시킨 후, 1∼3 분간 대기

서서히 바이오 디스크를 회전시키면서 밸브 161 개방하여 셀(cell) 파괴시 생긴 찌거기(debris)를 .트레쉬 챔버(135)로 씻어 흘려 보낸다. 밸브161을 닫고 바이오 디스크 회전을 멈춘다.

상기 전자석177을 오프(off) 시키거나 ;혹은 상기 이동 가능한 영구자석을 상기 프렙 챔버(130) 으로 부터 이탈시킨다.

밸브 150을 개방하고 서서히 바이오 디스크를 회전시키면서 .상기 챔버129의 washing buffer을 상기 프렙챔버(130)에 유입시킨다.

상기 3)∼6) 과정을 2회 반복한후, 마지막으로

서서히 바이오 디스크를 회전시키면서 밸브 161 개방하여 .트레쉬 챔버(135)로 씻어 흘려 보낸다. 밸브161을 닫고 바이오 디스크 회전을 멈춘다.

상기 전자석177을 오프(off) 시키거나 혹은 상기 이동 가능한 영구자석을 상기 프렙 챔버(130)로 부터 이탈시킨후, 디스크 천천히 회전시키면서 밸브 151을 개방하여 챔버 129a의 증류수를 프렙챔버(130)으로 유입시킨다.

프렙 챔버(130)내에 내장되어 있는 히터(960)를 이용하여 고온 가열하여 상기 입자 혹은 강자성체 비드(bead)에 붙어 있는 DNA을 이탈시키든지 resuspension buffer을 사용하여 resuspension시킨다.

상기 프렙 공정의 또 다른 일실시예는 lysis buffer의해 cell 파괴후, 원심분리에 의해 DNA을 분리할수 있다.

＜PCR공정＞

상기 PCR 챔버(131혹은 131a)는 DNA을 증폭하기 위한 챔버로 일실시예는 다 음과 같다.

1) 바이오 디스크를 서서히 회전시키면서, 밸브 152을 열어 상기 프렙 공정에 의해 프렙 챔버(130)내의 강 자성체 비드로부터 이탈된 DNA을 상기 PCR 챔버(131)로 이동시킨다.

2) 상기 PCR 챔버로의 DNA 이동 완료후, 밸브 152을 닫은후, 바이오 디스크를 멈춘다.

3) PCR 챔버(131)내에 내장되어 있는 히터961과 온도센서(520)을 이용하여 PCR cycle을 약 30회 반복하여 DNA을 증폭시킨다.

4) 1∼2분간 Cooling한다.

도 4b의 경우는, 이후 상기 복수개의 PCR챔버(131a)에서 증폭된 DNA을 디스크를 천천히 회전시키면서 밸브152a을 개방하여 챔버 131b로 이동시킨다.

＜Fragmentation공정＞

Fragmentation공정은 선택사항으로 상기 PCR공정에서 증폭된 DNA을 혼성화에 적당한 크기로 자르기 위한 공정으로 일실시예는 다음과 같다.

1) 바이오 디스크를 서서히 회전시키면서 밸브(158)을 개방하여 챔버 136에 들어 있는 DNAse을 PCR챔버(131,131b)로 유입시켜 DNA을 fragmentation한다..

2) 밸브158을 닫은후, 바이오 디스크를 멈춘다.

1∼2분간 인큐베이션한 후, 상기 히터 961을 고온으로 가열하여 DNAse의 기능을 정지 시킴으로서, fragmentation반응을 중지 시킨다. 또한 이때 고온으로 DNA는 변성(denature)되어 단일 가닥을 이룬다.

상기 fragmentation에 의한 DNA길이 조절은 상기 단계 (3)의 인큐베이션 시간에 의해 조절된다. 도4b의 경우에서는 복수개의 PCR 챔버 131a마다 독립된 히터(독립된 인큐베이션 시간)를 두어 fragmentation함으로서 서로 다른 길이를 갖는 DNA의 fragmentation이 가능하다.

＜혼성화 공정＞

혼성화 공정은 상기의 적당한 크기로 fragmented된 단일가닥 혹은 PCR공정후 고열 처리에 의해 단일가닥을 이룬 DNA을, 상기 분석사이트(132)에 미리 준비된 바이오틴 표지된 캡쳐 프로브와 혼성화(hybridization) 반응을 일으키기 위한 공정으로 일실시예는 다음과 같다.

1) 바이오 디스크를 서서히 회전시키면서 밸브153을 개방하여 상기 단일 가닥의 DNA을 분석사이트(132)내로 이동시킨다.

2) DNA가 바이오 디스크의 분석사이트에 골고루 퍼진 후에는 밸브 153을 닫은 후, 디스크 회전을 멈추고, 바이오 디스크을 실온에서 3-5분간 정체상태로 배양을 한다. 또한 분석사이트(132)내의 외부 전극 패턴 962와 전극판 963을 이용한 전계제어 또는 히터 962에 의한 열(heat)제어에 의해 하이브리드 반응을 조절한다.(하이브리드 반응).

상기 전극 패턴 962는 단독으로는 히터로서 작동하지만. 전극판 963과 조합하여서는 수직 방향의 전계를 발생시키기 위한 전극판 역할도 한다.

3) 바이오 디스크는 회전을 시키면서 밸브 157을 개방하여 하이브리드 용액(Hybridization buffer) 을 분석 사이트(132)로 주입하면서, 첨가 세정하든가 겸하 여 디스크의 상하로 분포배치된 외부의 전계를 가해 세정한다(제1 세정 과정). 이후 밸브 157을 닫는다. 상후 세정 과정동안 밸브156을 개방한다. 세정이 끝난후 다시 밸브 156을 닫는다.

이후, 디스크를 서서히 회전 시키면서 밸브 154을 개방하여 단일가닥을 절단하기 위한 nuclease 효소 용액을 분석사이트(132)에 도입하면서 디스크 회전에 의해 분산되도록 한다. 밸브 154을 닫은후, 디스크는 1-2분간 정체 상태로 배양을 한다(절단 과정).

그다음 디스크를 서서히 회전시키면서 밸브 160을 개방하여 온도 80도 하에서 PBS용액 첨가 세정하든가, 겸하여 디스크 회전 및 외부 전계에 의한 세정을 한후, 밸브 160을 닫는다.

밸브155을 개방하여 표면에 스트렙아비딘 표지된 금속 미소구 현탁액(suspension)을 디스크에 도입시키면서 , 금속 입자가 골고루 분포되도록 부드럽게 회전을시킨다("구속 프로브-라벨" 형성과정). 이때 상기 바이오틴 표지된 캡쳐 프로브 와 스트렙아비딘 표지된 금속 미소구(40)간에 바이오틴-스트렙아비딘이 결합구조가 만들어 진다. 이후 밸브 155을 닫는다.

상기 온도 및 전계 발생은 외부 전극 패턴 962와 전극판 963을 이용한다. 전극 패턴 962는 단독으로는 히터로서 작동하지만 전극판 963과 조합하여서는 수직 방향의 전계를 발생시키기 위한 전극판 역할도 한다.

그 다음 디스크가 강하게 회전을 하는 동안에 밸브 162를 개방하여 챔버 128의 증류수을 첨가하여 세정하든지, 겸하여 전계를 가해 세정하든지 한다.(제 2 세 정 과정).

세정과정동안 밸브 156을 개방한다.

＜Dctection 공정＞

이후 절단 가능한 신호요소가 침착된 미리 결정된 부위(site)를 검사하도록 프로그램된, 상기 광학, 전기화학, 커패시턴스 혹은 임피던스 장치 혹은 이미지 센서를 포함하는 변환기와 결합된 탐지기에 의해 바로 판독을 한다.

이후, 상기 판독 결과에 따른 진단 결과 와 처방이 컴퓨터 모니터 상에 표시되고, 자동 혹은 수동으로 해당 전문의사 와 인터넷 망을 통해 원격 접속되고, 상기 진단 데이터 와 결과 및 기 작성된 문진표가 필요시 전문의사에게 원격 전송된다. 이후 환자는 전문의사의 처방을 기다린다.

상기 절단 과정, 제1 세정 과정 및 제 2 세정 과정, 원격 진단 과정은 선 출원 특허인 국내 특허 출원 "핵산 및 올리거뉴클레오티드의 상보적 이중결합의 특정 서열에 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치" (2001,01,27 10-2001-0003956) 및 PCT출원 "핵산 및 올리거뉴클레오티드의 상보적 이중가닥 또는 단일가닥에 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치" (2002.01.27 PCT/KR02/00126)에 잘 예시되어 있다.

도4e는 상기 인터디지테이티드 어레이(701)를 이용한 전기 화학 탐지 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정장치가 분석 사이트(132)내에 내장된 일실시예이다. 상기 도 4e의 분석사이트는 도 2a 및 도 2b의 광학적 탐지기가 다양하게 변형되어 적용될 수 있다.

상기 도 17의 바이오 디스크에 대한 주요 공정의 일 실시예는 다음과 같다.

＜프렙 공정＞

상기 프렙 챔버(130)에는 피로부터 혈청을 추출하기 위한 챔버로 프렙 공정의 일실시예는 다음과 같다.

1) blood 10 ㎕(EDTA,ACD Tube)을 상기 프렙 챔버(130)에 설치된 샘플 주입구(121)를 통해 주입한다.

바이오 디스크를 고속 회전시키면서 혈청과 혈병을 분리한다.

밸브 152을 개방하고 서서히 바이오 디스크를 회전시키면서 .상기 챔버130의 상층부에 있는 혈청을 라벨 챔버(142a)에 유입시킨다.

마지막으로, 디스크 회전을 멈춘후 밸브 152닫는다.

＜항원-항체 반응＞

도 17의 라벨 챔버(142a)내에는 발색용 입자로서 금 또는 라텍스(latex) 혹은 형광 표지 혹은 방사능 동위원소가 표지된 antibody가 저장되어 있고 분석사이트(132)내에는 기질 혹은 다공성 멤브레인 상에 capture antibody가 고정되어 있다.

이 공정은 상기 프렙 공정에서 추출된 혈청내의 항원이

라벨 챔버(142a)내에서 라벨(label)표지된 항체와 결합하여, "라벨-항원의 결합체"를 형성한 후, 분석 사이트(132)내에서 상기 라벨-항원 결합체와 capture antibody간에 항원-항체 반응을 하는 공정으로 일실시예는 다음과 같다.

상기 라벨 챔버(142a)로 유입된 항원과 라벨(label)표지된 항체와 간에 "라 벨-항원의 결합체"를 형성토록 1∼2분간 인큐베이션 한다.

밸브 153을 개방하고 서서히 바이오 디스크를 회전시키면서 .상기 챔버142a내의 "라벨-항원의 결합체"를 상기 분석사이트(132)내로 이동시킨다.

디스크 회전을 멈춘후 밸브 153닫는다.

바이오 디스크을 실온에서 3-5분간 정체상태로 배양을 하여 상기 "라벨-항원의 결합체" 와 capture antibody간에 항원-항체 반응이 일어나도록 놔둔다.

그 다음 디스크가 회전을 하는 동안에 밸브 150를 개방하여 챔버 129의 washing 버퍼을 첨가하여 분석사이트(132)을 세정한다.

＜Detection 공정＞

이후 구속 혹은 이탈 신호요소가 침착된 미리 결정된 부위(site)를 검사하도록 프로그램된, 상기 광학, 전기화학, 커패시턴스 혹은 임피던스 장치 혹은 이미지센서를 포함하는 변환기와 결합된 탐지기에 의해 분석 사이트(132)을 판독을 한다.

이후, 상기 판독 결과에 따른 진단 결과 와 처방이 컴퓨터 모니터 상에 표시되고, 자동 혹은 수동으로 해당 전문의사 와 인터넷 망을 통해 원격 접속되고, 상기 진단 데이터 와 결과 및 문진데이터가 필요시 전문의사에게 원격 전송된다. 이후 환자는 전문의사의 처방을 기다린다.

도 20은 상기 프렙 공정, PCR공정 및 혼성화 공정에 필요한 히터와 전계 발생 장치에 대한 일실시예 이다. 도 19의 도면부호 960,961 및 962는 전극 패턴으로 구성된 히터이다.

전극 패턴 962는 단독으로는 히터로서 작동하지만 전극판 963과 조합하여 수 직 방향의 전계를 발생시키기 위한 전극판 역할도 한다.

상기 온도 제어 및 전계제어는 상기 제어부(63)에 의해 제어된다. 962는 히터를 위한 전극 패턴으로, 입력 단자(962a,962b)에 전압을 가하여 전극패턴(962)에 전류가 흐르도록 함으로서 상기 전극 패턴(962)이 저항선 혹은 열선으로 작용토록 한다.

상기 제어부(63)는 상기 전극 패턴(962)의 입력 단자(962a,962b)에 전류를 공급하고 온도센서(520)에 의해 현재 전극패턴(962)에 의해 발생된 온도을 측정하여 전류량을 제어함으로써 온도조절을 한다. 또한 상기 전극 패턴(962)을 전극판(963) 과 조합하여 전계를 발생하기 위해서는 상기 전극패턴(962)의 두 입력단자(962a,962b)에 같은 전압을 인가하여 하나의 입력단자로서 취급하고, 전극판(963)을 다른 전압 인가 단자로 취급함으로서 이루어 질수 있다. 즉 전극패턴(962)와 전극판(963)간에 교류전압을 인가하여 교류 전계를 발생시킨다. DNA는 음전하(negative charge)을 띠고 있으므로, 상기 제어부(63)에 의한 전극판(963)과 전극패턴(962)사이에 인가된 교류 전압은 상기 전극 패턴(962)와 전극판 (963)간에 교류 전계를 발생시켜 DNA의 혼성화 강도 조절(stringency control)을 할 수 있을 뿐만 아니라, SNP(Single Nucleotide Polymorphism) 감지 능력을 향상시킨다.

SNP 감지에 대해서는 선 출원된 국내 특허 출원 "핵산 및 올리거뉴클레오티드의 상보적 이중결합의 특정 서열에 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치" (2001,01,27 10-2001-0003956) 및 PCT출원 "핵산 및 올리거뉴클레오티드의 상보적 이중가닥 또는 단일가닥에 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치" (2002.01.27 PCT/KR02/00126) 에 잘 예시되어 있다.

상기 도 19의 온도센서(520)는 정밀한 온도 제어가 필요한 PCR 공정에만 사용하였으나, 온도 감지가 필요한 공정에 모두 사용할 수도 있다.

바이오 디스크가 바이오 드라이브에 로딩이 되면 자동으로 분석을 시작한다.

그러나 샘플 주입구에 샘플이 주입 안된 채, 로딩된 경우는 다시 eject 및/또는 경고 메시지를 사용자에게 보낸다.

상기 샘플 주입여부는 상기 프렙챔버(130)내에 임피던스 측정장치를 더 구비함으로서 확인 가능하다. 즉 샘플 주입이 된 경우와 안된 경우는 임피던스 특성이 서로 다르므로, 샘플 주입여부를 알 수 있다.

이것에 대한 일실시예는 상기 분석사이트(132)에 사용했던 인터디지테이티드 어레이에 의한 임피던스 측정 장치이다.

만약 바이오 디스크에 의한 샘플의 진단 혹은 분석 중, 사용자에 의한 바이오 드라이버로부터 바이오 디스크의 eject(un-loading) 혹은 stop요구시, 바이오 드라이버는 무시한 채 분석 및 진단을 계속 진행한다. 이때 경고 메시지(warning message)를 사용자에게 알려주든가 패스워드를 요구한다.

패스워드가 맞는 경우 사용자의 eject(un-loading) 혹은 stop요구를 받아들인다.

진단 및 분석 완료시에는 사용자의 eject 요구를 받아들여 바이오 드라이버로부터 바이오 디스크를 빼낼 수 있도록 한다.

또한 상기 무선 RF IC(188)의 메모리에는 몇 번 사용했던 디스크 인지에 대한 정보 및 유효기간 정보 및 진단하고자 하는 질병 종류가 저장되어 있다.

즉 1회용 바이오 디스크를 사용 중, 혹은 완료시 eject 했을 때, 상기 카드 IC(188)의 메모리에 그것에 대한 이력(history)을 기록 하여, 추후 재 로딩(loading)하였을 때 진단 불가용 바이오 디스크임을 사용자에게 알려 준다.

또한 유효기간이 지난 바이오 디스크에 대해서도 진단 불가용 바이오 디스크임을 사용자에게 알려 준다.

또한 본 발명의 도 21 내지 도 22의 분석 장치는 상기 immuno assay(면역학적 검증장치) 와 핵산 프로브(probe) 반응 분석 을 동시에 분석 하기 위해, 바이오 디스크상에 동시배치가 가능하다. 170은 디스크의 중심 공극이다

도 21은 각 방향(angular direction)으로 항원항체 반응을 위한 immuno 분석 섹터 와 핵산 프로브의 반응분석을 위한 분석 섹터가 분리된 것을 나타내고, 도 22는 거리 방향(radial direction)으로 항원항체 반응을 위한 immuno 분석 섹터 와 핵산 프로브의 반응분석을 위한 분석 색터가 분리된 것을 나타낸다.

상기 immuno assay(면역학적 검증장치) 와 핵산 프로브(probe) 반응 분석 을 동시에 분석 동시에 검사함으로서, 질병 분석의 신뢰도를 배가 시킬수 있을뿐만 아니라 적절한 조합에 의해 분석지역(site) 수를 줄일 수 있다.

도 23 및 24는 프런트(front) 로딩(loading)방식의 바이오 드라이버 장치의 외관에 대한 일실시예로, 751은 상기 바이오 드라이버 장치의 케이스이고, 750은 상기 바이오 디스크(100)를 프런트(front) 로딩하기 위한 트레이(tray)이다. 또한 본 발명의 바이오 디스크 드라이버 장치는 통상의 Optical 디스크 재생을 위한 재생 및 탐색버튼(745), 정지버튼(746)을 갖는다.

도 23은 발광다이오드를 사용하여 바이오드라이버 장치의 진행상태를 표시해주는 일 실시예를 나타낸다.

현재 로딩된 된 디스크가 바이오 디스크임을 표시하는 발광 다이오드(741), 현재의 분석 경과를 표시해주는 경과표시 발광다이오드(742)를 구비한다.

도면부호 743은 통상의 Oplical 디스크가 로딩되었음을 표시하기 위한 발광 다이오드 이다. 발광 다이오드는 일실시예로서 다른 표시 장치가 사용될 수 있다.

도 24는 액정표시 장치(760)를 사용하여 바이오드라이버 장치의 진행상태를 표시해주는 일 실시예를 나타낸다.

상기 주요공정(프렙 공정, PCR 공정, 혼성화 공정 및 항원-항체 반응) 및 단계에 따른 진행률을 퍼센트(％) 혹은 막대 그라프(bar graph)형식으로 표시해 줄 수 있다.

또는 컴퓨터 모니터를 사용하여 그래픽 사용자 인터페이스(Graphic User Interface) 및 상기 주요공정(프렙 공정, PCR 공정, 혼성화 공정 및 항원-항체 반응) 및 단계 에 따른 진행률을 퍼센튼(％) 혹은 막대 그라프(bar graph), 파이 그라프(pie graph) 형식으로 표시해 줄 수 있다.

도 25는 탑(top) 로딩방식의 바이오드라이버 장치의 외관에 대한 일실시예이다. 설명 부호750a는 탑 로딩하기 위한 커버(두껑)으로 커버를 열고 턴테이블에 바이오 디스크의 공극(170)를 끼우면 된다. 도면 부호 760은 액정표시장치이다.

도 26은 기존의 CD 체인저(changer)처럼 복수개의 바이오 디스크를 한꺼번에 로딩할수 있는 복수개의 턴테이블들(777a,777b,777c,777d)을 갖춘 바이오 디스크 드라이버의 상측면도의 일 실시예이다. 이 경우는 4개의 바이오 디스크를 차례로 하나씩 자동 분석하든지, 4개의 바이오 디스크를 한꺼번에 동시 분석이 가능하다.

또는 컴퓨터 모니터를 사용하여 그래픽 사용자 인터페이스(Graphic User Interface) 및 상기 주요공정(프렙 공정, PCR 공정, 혼성화 공정 및 항원-항체 반응) 및 단계 에 따른 진행률을 퍼센트(％) 혹은 막대 그라프(bar graph), 파이 그라프(pie graph) 형식으로 표시해 줄 수 있다.

도 27은 도 17의 분석사이트(132)에 대한 일실시예이다. 901a는 소수성 유로이고 901b는 친수성 코팅이 되어 있는 친수성 유로 이다. 도면 부호 999는 분석사이트내에 내장된 capture antibody가 고정된 다공성 멤브레인이고, 915a와 915b는 공기 구멍으로 바이오 디스크의 고속 회전시 상기 다공성 멤브레인을 잘 마르도록 하여 준다.

혈청내의 항원이 라벨 챔버(142a)내에서 라벨(label)표지된 항체와 결합하여, "라벨-항원의 결합체"를 형성한 후, 밸브 153을 개방하면 "라벨-항원의 결합체"가 친수성 유로 901b를 따라 이동하여 갈라진 유로(branch 유로)들을 다 채운다. 다 채운후 밸브 153을 닫고, 바이오 디스크를 서행으로 돌리면, 갈라진 유로의 말단에 위치한 유공(610a,610b,610c)을 통해 "라벨-항원의 결합체"가 다공성 멤브레인(999)으로 유입되어, capture antibody간에 항원-항체 반응이 일어난다.

본 발명은 구체예와 실시예로 본 발명을 설명하고 있으나 이에 본 발명을 국한시키고자 함은 아니다. 또한, 여기에서 설명을 하는 것에 추가하여 다양한 변형 및 변화가 가능함을 당해 업하는 인지할 것이다. 이와 같은 변형 또한 첨부된 특허청구범위의 범위에 속한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 광학 혹은 비 광학 디스크를 이용한 바이오 디스크 및 바이오 드라이버의 장치 및 방법은 각종 진단 분석 장치, 핵산 혼성 분석 장치 및 면역학적 검증등을 포함하는 Lab On a Chip구성에 적합하다 특히 상기 바이오드라이버 장치 및 방법은 상기 바이오 디스크 판독 뿐만 아니라 통상적인 CD-ROM 및 DVD 판독기등 광학 디스크 장치와 호환성이 있어 통상의 음악CD, CD-R, 게임 CD, DVD등 과 같은 통상의 Optical Disc 의 .판독 및 재생 기능도 겸하고 있어 가격 경쟁 뿐만 아니라 사용상에 많은 편리성을 제공한다. 또한 상기 바이오 드라이버 장치는 컴퓨터에 연결되어 기존의 인터넷망을 이용하여 원격진단을 용이케 한다.

Claims

시료 투입구, 버퍼 또는 반응 용액을 저장할 수 있는 챔버(chamber), 기질상에 바이오 물질이 어레이된 분석사이트(assay site), 상기 시료 투입구, 챔버 및 분석사이트 사이에 유체가 흐를 수 있는 유로(channel), 상기 유로를 연결시키는 유공 및 상기 유공을 개폐시키기 위한 밸브(valve)를 포함하며, 상기 밸브는 상기 유공에 위치한 초소형 구슬(micro bead) 및 상기 초소형 구슬의 상측에 위치한 영구자석과 상기 초소형 구슬의 하측에 위치한 전자석 혹은 이동가능한 영구자석으로 구성된 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 1항에 있어서, 상기 이동가능한 영구자석은 통상의 어드레스 가능한 광픽업 장치에 광픽업 모듈을 대신하거나 함께 장착되는 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 1항에 있어서, 상기 초소형 구슬은 박막형 원기둥 자석 혹은 쿠션(Cushion)재료로 코팅된 박막형 원기둥 자석인 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
시료 투입구, 버퍼 또는 반응 용액을 저장할 수 있는 챔버(chamber), 기질상에 바이오 물질이 어레이된 분석사이트(assay site), 상기 시료 투입구, 챔버 및 분석사이트 사이에 유체가 흐를 수 있는 유로(channel), 상기 유로를 연결시키는 유공 및 상기 유공을 개폐시키기 위한 밸브(valve)를 포함하며, 상기 분석사이트내의 기질은 다공성 멤브레인(membrane)이고, 상기 분석사이트 직전 밸브의 전(before) 유로는 소수성 유로이고, 후(after) 유로는 친수성 유로인 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 4항에 있어서, 상기 다공성 멤브레인은 NC(Nitrocellose) 멤브레인, 나일론 멤브레인 및 정렬된 나노튜브(aligned nano tube)로 구성된 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 4항에 있어서, 상기 친수성 유로는 소수성 유로의 표면을 친수성 아크릴레이트, 초친수성 poly(N-isopropylacrylamide (PIPAAm), 또는 ZrO₂, ZnO, Fe₂O₃ 및 TiO₂ 로 구성된 군에서 선택된 광촉매로 코팅하거나, 플라즈마 처리에 의해 표면개질(surface modification)처리하여 생성되는 것을 특징으로 바이오 디스크.
제 4항에 있어서, 상기 친수성 유로는 분석사이트내에서 하나 이상의 branch 유로로 갈라지고, 상기 branch 유로 말단의 유공에 의해 다공성 멤브레인과 연결되는 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 4항에 있어서, 상기 분석사이트는 양 옆에 상기 다공성 멤브레인을 건조 시키기 위한 공기 구멍을 더 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 유체 이동은 바이오 디스크의 회전력 의한 원심력과 상기 밸브의 개폐에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 3항에 있어서, 상기 분석사이트로의 유체 이동은 원심력에 의하지 않고 직전 밸브의 개방과 함께 친수성 유로와 반응 용액과의 천수적 친화성(hydrophilic affinity)에 의해 이동되는 것을 특징으로 하는 바이오디스크.
제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 바이오물질은 DNA, 올리고 뉴클레오티드, RNA, PNA, ligand, receptor, 항원, 항체 및 단백질(Protein)로 구성된 에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 챔버는 피 또는 세포 또는 RNA로부터 DNA샘플을 준비하기 위한 적어도 한 개 이상의 프렙 챔버(Preparation chamber) 및/또는; 상기 준비된 DNA 샘플을 PCR(Polymer Chain Reaction) 증폭하기 위한 적어도 한 개 이상의 PCR 챔버 및/또는; 라벨 표식자를 저장하기 위한 라벨 챔버; 상기 PCR공정에 의해 증폭된 DNA와 혼성화(hybridization)하기 위한 분석 및 진단용 프로브(probe)가 어레이 형태로 기질에 부착되어 있는 적어도 한 개 이상의 혼성화 챔버(hybridization chamber) 및/또는; 세정공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버(Trash chamber)로 구성된 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 12항에 있어서, 상기 프렙 챔버에는 셀(cell)을 깨뜨려 DNA을 추출하기 위한 Lysis 버퍼용액과; 추출된 DNA와 친화력(affinity)을 갖는 입자 혹은 강자성체 비드(bead)가 들어 있는 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 12항에 있어서, 상기 PCR챔버는 복수개로 구성하여 상기 복수개의 PCR챔버 각각에 서로 다른 종류의 프라이머가 들어가든지; 혹은 같은 종류의 프라이머가 들어 가든지; 혹은 상기 복수개의 PCR챔버 각각에 복수개의 프라이머가 들어가는 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 챔버는 피 또는 세포로부터 혈청(serum)샘플 혹은 항원 내지 항체을 준비하기 위한 적어도 한 개의 프렙챔버(Preparation chamber) 및/또는; 상기 준비된 항원 내지 항체와 항원-항체반응을 하기 위한 immuno 프로브(probe)가 어레이 형태로 기질에 부착되어 있는 적어도 한 개 이상의 항원-항체 반응 챔버(Ag-Ab reaction chamber) 및/또는; 세정공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버(Trash chamber)로 구성된 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 15항에 있어서, 상기 프렙챔버는 바이오 디스크의 회전에 의해 발생된 원심력에 의해 혈청샘플을 준비하는 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 16항에 있어서, 상기 프렙 챔버는 원심분리에 의해 혈청분리를 용이케 하기 위해 원뿔형 비이커 (BEAKER CONICAL) 모양 혹은 프라스크(Flask) 모양이고, 상기 모양의 목(neck) 부분에 다음 챔버로 연결되는 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 15항에 있어서, 상기 챔버는 라벨(label)표지된 antibody를 저장하기 위한 라벨 챔버를 더 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 18항에 있어서, 상기 라벨 표지된 antibody의 라벨표지는 발색용 입자로서 금 또는 라텍스(latex) 혹은 형광 물질 혹은 방사능 동위원소를 갖는 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 15항에 있어서, 상기 immuno 프로브(probe) 어레이는 종양표지자(tumor marker)들이 기질에 고정된 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 15항에 있어서, 상기 종양표지자(tumor marker)는 AFP ,PSA, CEA, CA19-9, CA125 및 CA15-3로 구성된 군에서 선택된 하나 이상인 것 을 특징으로 하는 바 이오 디스크.
제 15항에 있어서, 상기 immuno 프로브(probe)는 심근 경색 표지 인자인 Myoglobin, CK-MB , Troponin I (Tnl) , 알츠하이머(Alzheimer) 질환의 특이 마커인 GS(Glutamine Synthetase)로 구성된 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 분석사이트는 광투과식 측정장치 혹은 전기화학 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정장치 혹은 이미지 센서를 포함하는 변환기 결합된 탐지장치(detector)에 의해 판독되는 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 23항에 있어서, 상기 광투과식 측정장치는 분석사이트내 구속신호 요소 및 이탈신호요소에 레이저빔을 입사되는 레이저빔 장치와 이들 신호요소들간의 차등적 광 투과신호를 탐지하는 광학탐지기(광 수신부)로 구성된 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 24항에 있어서, 상기 적어도 한 개 이상의 광학 탐지기(광 수신부)가 상기 복수개의 분석 사이트에 일대일 대응하여 바이오 디스크상에 원주 방향으로 어레이 형태로 집적화 배열된 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 24항에 있어서, 상기 적어도 한개 이상의 레이저 발생 장치와 한 개 이상의 광학 탐지기(광 수신부) 모두가 상기 복수개의 분석 사이트에 일대일 대응하여 바이오 디스크상에 원주 방향으로 어레이 형태로 집적화 배열된 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 23항에 있어서, 상기 전기화학 탐지 장치, 혹은 커패시턴스 및 임피던스 측정장치는 상기 분석 사이트의 기질상에 배치된 인터디지테이티드 어레이(interdigitated array) 전극 과 구속 신호요소의 말단부에 HRP(HorseRadish Peroxidase) 및/또는 금속구가 부착된 프로브로 이루지는 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 27항에 있어서, 상기 인터디지테이티드 어레이 전극(interdigitated array)은 다공성 멤브레인(membrane)상에 표면 코팅에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 23항에 있어서, 상기 이미지 센서는 상기 분석사이트내의 프로브에 결합된 라벨(발색입자)을 촬영하기 위한 형광필터가 탑재되거나 되지않은 CCD(Charge Coupled Device) 혹은 CMOS센서로 구성된 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 분석 사이트는 면역 분석(immuno assay)와 핵산 프로브(probe) 분석을 동시에 분석 하기 위해, 각 방향(angular direction) 또는 거리 방향(radial direction)으로 immuno assay 섹터 와 핵산 probe 분석 섹터가 분리된 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 12항 또는 제 15항에 있어서, 샘플 주입여부 판별을 위해, 상기 프렙 챔버내에 임피던스 측정장치 혹은 이미지 센서를 더 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 31항에 있어서, 상기 임피던스 측정장치는 인터디지테이티드 어레이에 의한 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 바이오 디스크의 몸체는 윗 기질, 중간 기질 과 아래 기질로 구성되고 초음파 융착 혹은 UV(Ultra Violet)접착제 혹은 양면 테이프에 의해 접착 조립되어 하나의 몸체를 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 바이오 디스크는 바이오디스크의 프로토콜, 분석 알고리즘, 판독을 위한 표준 제어값 혹은 분석사이트(site)에 대한 위치 정보, 생물정보학정보, 자기 진단(self diagonasis)에 관련된 정보 혹은 장치 드라 이버 소프트 웨어 및 임상분석을 위한 환자교육정보, 진단 결과에 따른 전문 의사 및 병원과 원격으로 연결될 수 있는 웹 사이트 와 각종 링크 혹은 개인 암호화 정보가 저장하기 위한 메모리 혹은 저장수단 또는 무선 RF IC를 더 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 분석사이트의 정량분석에 의한 판독결과를 이력 관리하는 통계 소프트웨어 및 저장수단을 더 구비함으로서 정기적 추적 진단에 대한 정보를 사용자에게 제공하는 것을 특징으로 하는 바이오 디스크.
제 1항 내지 제 35항 중 어느 한 항에 따른 바이오 디스크; 상기 바이오 디스크에 필요한 전원 혹은 제어 신호를 공급키 위한 제어부을 구비한 제어용 디스크; 및, 상기 바이오 디스크 와 제어용 디스크간을 연결키 위한 인터페이스부를 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
제 36항에 있어서, 상기 인터페이스부는 제어신호를 공급키 위한 복수개의 제어신호 연결부 및/또는 전원 공급을 위한 전원 연결부를 구비하여 바이오 디스크와 전기적으로 연결 되는 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
제 37항에 있어서, 상기 인터페이스부는 바이오 디스크상의 도체로 코팅된 연결홈들 과 제어용 디스크상의 도체아암들이 서로 연결되어 이루어지는 것을 특징 으로 하는 바이오 디스크 장치.
제 36항에 있어서, 상기 제어용 디스크는 상기 바이오 디스크를 올려 놓기 위한 턴 테이블에 고정 결합되고, 상기 바이오 디스크에 내장된 밸브를 제어하기 위한 전자석 혹은 이동 가능한 영구 자석을 더 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
제 36항에 있어서, 상기 바이오 디스크와 제어용 디스크간의 높이 간격은 0.1-2mm 인 것 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
제 36항에 있어서, 상기 제어용 디스크로의 전원 공급은 외부 전원장치와 연결된 브러쉬 혹은 전기적 접촉에 의해 이루어 지는 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
제 36항에 있어서, 상기 제어용 디스크는 PCB(Printed Circuit Board) 혹은 실리콘 웨이퍼상에 집적된 회로에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
제 36항에 있어서, 상기 제어용 디스크는 상기 탐지장치에 의해 얻어진 상기 분석 사이트에 대한 판독 결과를 적외선, 광 혹은 무선 인터페이스을 통해 외부의 중앙 제어 장치 혹은 저장장치 혹은 입출력 장치로 보내기 위한 비접촉 인터페이스를 더 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
제 36항에 있어서, 상기 바이오 디스크와 제어용 디스크는 합쳐져 한 개의 일체형 바이오 디스크로 구성된 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
제 44항에 있어서, 상기 일체형 바이오 디스크는 실리콘 웨이퍼 재료을 사용하여 상기 제어부, 무선 RF IC, 비접촉 인터페이스, 상기 밸브 제어를 위한 전극판 혹은 전자석 및 각종 회로 패턴을 포함한 전자회로 및 상기 챔버 및 채널 을 실리콘 웨이퍼상에 photolithography 및 에칭공정에 의해 monolithic 형태의 집적 회로(Integrated Circuit)로 설계한 것을 특징으로 하는 바이오 디스크 장치.
제 1항 내지 제 35항 중 어느 한 항에 따른 바이오 디스크에 필요한 전원 혹은 제어 신호를 공급키 위한 제어부를 구비한 제어용 디스크; 상기 디스크를 회전시키기 위한 모터; 상기 제어용 디스크상의 제어부에 전원을 공급하기 위한 전원 공급 수단; 상기 제어부의 제어신호 및/또는 전원신호를 상기 바이오 디스크에 공급키 위한 인터페이스부; 및 바이오 드라이버를 지지하고 있는 몸체를 포함하는 바이오 드라이버 장치.
제 46항에 있어서, 상기 바이오 디스크를 올려 놓기 위한 턴 테이블을 더 포 함하며, 상기 제어용 디스크는 상기 턴테이블에 고정 결합되고 상기 바이오 디스크에 내장된 밸브을 제어하기 전자석 혹은 이동 가능한 영구 자석을 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 바이오 드라이버 장치.
제 46항에 있어서, 상기 전원 공급 수단은 환형 전극과 브러쉬와의 접촉에 의해 플러스(+) 전원을 공급하며, 마이너스(-) 전원은 접지된 모터 몸체 혹은 접지된 모터 축과의 전기적 연결을 통해 제어용 디스크에 공급하는 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
제 46항에 있어서, 상기 분석 사이트를 판독키 위한 이미지 센서를 포함하는 변환기 결합된 탐지장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
제 46항에 있어서, 상기 제어용 디스크는 분석 사이트에 대한 판독 결과를 외부의 중앙 제어 장치 혹은 저장 혹은 입출력장치로 보내거나 상기 중앙제어장치로부터의 명령을 받기 위한 비접촉 인터페이스 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
제 46항에 있어서, 중앙제어장치 및 저장 혹은 입출력장치가 설계되어 있는 회로기판이 상기 바이오 드라이브 몸체에 이음 체결되어있고, 상기 중앙제어 장치는 상기 바이오 디스크 및 제어용 디스크의 회전 혹은 정지시 모터를 회전 혹은 정 지시키는 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
제 51항에 있어서, 상기 입출력장치는 USB(Universal Serial Bus) 혹은 IEEE1394 혹은 ATAPI 혹은 인터넷의 통신 규격을 갖는 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
제 46항에 있어서, 음악 CD, CD-R, 게임 CD, 및 DVD로 구성된 군에서 선택된 통상의 Optical 디스크을 판독하기 위한 광 픽업 장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
제 53항에 있어서, 상기 바이오 드라이버장치에 로딩(loading)된 디스크가 통상의 음악 CD, CD-R, 게임 CD, DVD등의 Optical Disc인지, 아니면 바이오 디스크인지를 상기 제어부가 판단하기 위한 바이오 디스크 감지(Bio-Disc Detection) 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
제 54항에 있어서, 상기 광 픽업장치가 바이오 디스크상의 특정 위치에 그루브 패턴(groove pattern) 혹은 데이터 패턴을 판독하여 현재 바이오 드라이버에 로딩(loading)된 디스크가 바이오 디스크임을 중앙제어 장치가 인식하도록 하는 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
제 54 항에 있어서, 상기 중앙제어장치는 통상의 Optical disc(예:음악 CD, CO-R, 게임 CD, DVD등)인지 바이오 디스크인지를 판단하여, 통상의 Optical 디스크인 경우는 디스크로 부터 읽은 내용을 상기 광 픽업장치로부터 저장장치 혹은 출력장치로 전송하거나, 쓸 내용을 광 픽업 장치로 보내고, Read/Write 에 필요한 각종 제어 신호들을 상기 각부에 제공하는 등의 Optical 디스크를 위한 통상의 동작을 하고, 바이오 디스크인 경우 바이오 디스크 의 제어를 위한 각종 제어 명령신호를 비접촉 인터페이스를 통해 보내는 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버장치.
제 54항에 있어서, 바이오 디스크의 로딩(loading)시점에서 바이오 디스크상의 비접촉 인터페이스 혹은 무선 RF IC를 통해, 상기 중앙 제어 장치에 바이오 디스크가 새로이 로딩되었음을 무선 송신토록 함으로서, 현재 바이오 드라이버에 로딩(loading)된 디스크가 바이오 디스크임을 중앙제어 장치가 인식하도록 하는 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
제 46항에 있어서, 상기 바이오 디스크상의 프렙 챔버에 샘플이 주입 안된 채, 바이오 디스크가 로딩된 경우는 eject 되거나 경고 메시지를 사용자에게 보내는 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
제 46항에 있어서, 샘플의 진단 혹은 분석 중, 사용자에 의한 바이오 드라이버로부터 바이오 디스크의 eject(un-loading) 혹은 stop 요구시, 바이오 드라이버 는 무시한 채 분석 및 진단을 계속 진행하고, 선택사항으로 경고 메시지(warning message)를 사용자에게 알려주든가 패스워드를 요구하여 패스워드가 맞는 경우에만 사용자의 eject(un-loading) 혹은 stop요구를 받아들이는 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
제 46항에 있어서, 바이오 디스크 장치가 몇 번 사용했던 디스크 인지에 대한 정보 및 유효기간 정보 및 진단하고자 하는 질병 종류가 저장되어 있는 메모리 수단를 더 구비하여, 바이오 디스크 로딩(loading) 때마다 사용자에게 진단 가능 여부 및 상기 정보를 알 수 있도록 제공 하는 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
제 46항에 있어서, 상기 바이오 드라이버 장치는 통상의 Optical 디스크 재생을 위한 재생 및 탐색버튼, 정지버튼 및; 현재 로딩된 된 디스크가 바이오 디스크임을 표시하는 발광 다이오드(LED)를 구비한 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
제 46항에 있어서, 상기 바이오 드라이버 장치는 액정표시 장치 또는 모니터 표시 장치를 구비하여 바이오 드라이버 장치의 주요공정(프렙 공정, PCR 공정, 혼성화 반응공정 혹은 항원-항체 반응) 및 단계에 따른 진행률을 퍼센트(％), 막대 그라프(bar graph) 혹은 파이 그라프(pie graph) 형식으로 표시해 주는 것을 특징 으로 하는 바이오 드라이버 장치.
제 46항에 있어서, 상기 바이오 드라이버를 지지하고 있는 몸체는 바이오 디스크의 탑(top) 로딩 혹은 프런트(front) 로딩을 허용하는 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
제 46항에 있어서, 상기 바이오 드라이버는 복수개의 바이오 디스크를 한꺼번에 로딩할 수 있는 복수개의 턴테이블들을 갖춘 것을 특징으로 하는 바이오 드라이버 장치.
피 또는 세포 또는 RNA로부터 RNA샘플을 준비하기 위한 프렙(Preparation) 공정단계; 준비된 DNA 샘플을 증폭하기 위한 PCR 공정단계; 상기 PCR공정에 의해 얻어진 DNA를 분석사이트에 어레이된 분석 및 진단용 프로브(probe)와 혼성화하기 위한 혼성화(hybridization) 공정단계; 및 분석사이트내 절단가능한 신호요소를 광투과식 측정장치, 전기화학, 커패시턴스 혹은 임피던스 측정장치 혹은 이미지 센서를 포함하는 변환기 결합된 탐지기에 의해 판독하는 단계를 포함하는, 제12항에 따른 바이오 디스크를 이용한 핵산 분석 방법.
제 65항에 있어서, 상기 프렙공정은 blood 을 상기 프렙 챔버에 설치된 샘플 주입구를 통해 주입하는 단계; cell로부터 추출된 DNA을 상기 입자 혹은 강자성체 비드에 칩착시키기 위한 incubation단계; 상기 입자 혹은 강자성체 비드을 정치 시킨 후, 서서히 바이오 디스크를 회전시키면서 셀(cell) 파괴시 생긴 찌거기(debris)를 트레쉬 챔버로 씻어 흘려 보내는 단계; 및, 상기 입자 혹은 강자성체 비드(bead)에 붙어 있는 DNA을 이탈 혹은 resuspension시켜주는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 핵산 분석 방법.
제 65항에 있어서, 상기 PCR공정은 바이오 디스크를 서서히 회전시키면서, 상기 프렙 공정에 의해 얻어진 DNA을 상기 PCR 챔버로 이동시키는 단계; 및, 상기 PCR 챔버로의 DNA 이동 완료후, PCR 챔버내에 내장되어 있는 히터과 온도센서을 이용하여 PCR cycle을 수 회 반복하여 DNA을 증폭시키는 단계을 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 분석 방법.
제67항에 있어서, 상기 PCR공정후에, 바이오 디스크를 서서히 회전시키면서 DNAse을 PCR챔버로 유입시키는 단계; 고온으로 가열하여 DNAse의 기능을 정지(인큐베이션 정지) 및 단일가닥의 DNA을 만드는 단계(denaturing step)를 포함하는 fragmentation공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 분석 방법.
제 68항에 있어서, 상기 복수개의 PCR 챔버마다 일대일 대응한 독립된 히터(독립된 인큐베이션 시간)를 두어 fragmentation함으로서 서로 다른 길이를 갖는 DNA의 fragmentation이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 핵산 분석 방법.
바이오 디스크를 고속 회전시키면서 피로부터 혈청 내지 항원을 분리하는 단계; 바이오 디스크를 회전시켜 상기 라벨 챔버로 항원을 유입시킨후, 항원과 라벨 표지된 antibody간에 "라벨-항원의 결합체"를 형성토록 1∼2분간 인큐베이션 하는 단계와; 상기 "라벨-항원의 결합체"를 상기 분석 사이트내로 이동시키는 단계와; 바이오 디스크을 정체상태로 배양을 하여 상기 "라벨-항원의 결합체" 와 capture antibody간에 항원-항체 반응이 일어나도록 배양하는단계와; washing 버퍼을 첨가하여 분석 사이트을 세정하는 단계를 포함하는, 제 18항에 따른 바이오 디스크를 이용한 면역 분석 방법.
제 70항에 있어서, 상기 "라벨-항원의 결합체"를 상기 분석 사이트내로 이동시키는 단계는 상기 분석사이트 직전 밸브를 개방과 함께 원심력에 의하지 않고 친수성 유로의 친수적 친화성(hydrophilic affinity)에 의해 "라벨-항원의 결합체"를 이동 시켜 상기 분석사이트내의 다공성 멤브레인에 "라벨-항원의 결합체"를 유입시키는 것을 특징으로 하는 면역 분석 방법.
제 71항에 있어서, 상기 "라벨-항원의 결합체" 와 다공성 멤브레인상의 capture antibody간에 항원-항체 반응이 일어나도록 배양하는 단계이후에, 디스크를 고속회전에 의해 다공성 멤브레인을 건조시키는 건조 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면역 분석 방법.
제 72항에 있어서, 상기 건조단계 이후에, 상기 분석사이트 직전 밸브를 개방하여 친수성 유로의 친수적 친화성(hydrophilic affinity)에 의해 washing 버퍼를 이동 시켜 상기 분석사이트내의 다공성 멤브레인에 washing 버퍼를 유입시켜 분석사이트를 세정하는 것을 특징으로 하는 면역 분석방법.
제 73항에 있어서, 상기 세정단계 이후에, 디스크를 고속회전에 의해 다공성 멤브레인을 건조시키는 건조 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면역 분석방법.
제 70항에 있어서, 상기 분석사이트내의 항원-항체 반응결과를 판독키 위해 이미지 센서에 의한 촬영 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면역 분석방법.
제 70항에 있어서, 상기 항원-항체 반응결과를 문진표와 함께 전문의사에게 원격 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면역 분석방법.