KR20090027643A

KR20090027643A - 형광성 표지가 부착된 입자를 분석하기 위해 칩에 기초한 유세포분석기 시스템

Info

Publication number: KR20090027643A
Application number: KR1020087030779A
Authority: KR
Inventors: 아담 리차드 쉴파스; 윌리엄 알. 다이커; 존 씨. 캐라노; 제시 씨. 필립스
Original assignee: 루미넥스 코포레이션
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2007-05-17
Publication date: 2009-03-17
Also published as: CN101454653B; WO2007137119A2; WO2007137119B1; US9810707B2; JP2009537826A; WO2007137119A3; US20070269345A1; HK1133298A1; CN101454653A; US20180100872A1; EP2021766A2; CA2657970A1

Abstract

본 발명은, 생물학적 표본 또는 환경 표본을 가동하고 분석하는 휴대용 시스템 및 칩에 기초한 유세포분석기의 다른 구성 배열을 제공하는 것에 관한 것이다. 상기 휴대용 시스템은 형광성 표지가 부착된 입자를 사용하여 표본을 유체 검사물로 가공하도록 구성된 자동화된 검사물 제조 모듈과 상기 유체 검사물 모듈에 연결된 마이크로유체 분석 모듈을 포함하고, 상기 마이크로유체 분석 모듈은 칩에 기초한 유세포분석기를 포함한다.

유세포분석기, 검사물 제조 모듈, 마이크로유체 분석 모듈, 광원 시스템, 조명 서브시스템, 측정 서브시스템

Description

형광성 표지가 부착된 입자를 분석하기 위해 칩에 기초한 유세포분석기 시스템{CHIP-BASED FLOW CYTOMETER TYPE SYSTEMS FOR ANALYZING FLUORESCENTLY TAGGED PARTICLES}

본 발명은 일반적으로 유체 표본을 가공하고 분석하는 시스템에 관한 것이다. 특정 실시 형태는 형광성 표지가 부착된 입자를 포함하는 표본을 측정하도록 구성된 칩에 기초한 유세포분석기 유형의 시스템에 관한 것이다.

이하의 설명과 예시적인 실시 형태들은 종래 기술에 포함된 내용으로는 성취될 수 없다.

일반적으로, 유세포분석기(flow cytometer)는 상기 장치를 통과하는 유체 유동하는 입자 또는 세포의 하나 이상의 특성을 측정하기 위하여 광학 기술을 사용하도록 구성된 장치이다. 다양한 화학적 및 생물학적 미립자를 검사하는 것과 같은 다양한 목적을 위해 이러한 입자 또는 세포의 탐색(interrogation)을 사용할 수 있다. 유세포분석기가 많은 장점들을 제공하지만, 상기 장치는 많은 단점도 가지고 있다. 예를 들어, 유세포분석기는 일반적으로 주위 환경에 민감한 광학 구성요소들 을 사용한다. 게다가, 유세포분석기는 제조하는데 시간이 많이 소요되고, 작동하기에 복작하며, 고가이다. 이러한 특징들은 종종 매우 고도로 숙달된 기술자만이 유세포분석기를 사용할 수 있도록 그 사용을 제한한다. 게다가, 몇몇 표본은 유세포분석기를 통과하기 전에 가공 과정을 거쳐야만 하고, 따라서 검사물의 분석을 위해 상당한 실험실 자원들과 다른 장비들이 종종 필요하게 된다.

따라서, 유체에 있는 입자 또는 세포의 특성을 측정하고 작동하기에 상대적으로 간단한 시스템을 개발하는 것이 바람직하다. 게다가, 이러한 시스템은, 표본 유체을 미리 가공할 수 있어, 상당한 실험실 자원의 필요 없이도 상기 측정을 실행할 수 있는 것이 바람직하다. 게다가, 이러한 시스템은 주위 환경에 실질적으로 덜 민감한 구성요소들을 포함하는 것이 바람직하다. 게다가, 이러한 시스템은 저가이면서 제조하는데 적은 시간이 소요되는 것이 바람직하다.

시스템들 및 칩에 기초한 유세포분석기들의 다양한 실시 형태에 대한 이하의 설명은 어떠한 방식으로든 첨부된 청구항의 권리 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

생물학적 표본 또는 환경 표본을 가공하고 분석하는 시스템의 일 실시 형태는, 형광성 표지가 부착된 입자를 사용하여 표본을 유체 검사물로 가공하도록 구성된 자동화된 검사물 제조 모듈과; 칩에 기초한 유세포분석기를 포함하는, 상기 자동화된 검사물 제조 모듈에 연결된 마이크로유체 분석 모듈;을 포함한다.

유체 표본을 분석하는 시스템의 일 실시 형태는, 상기 시스템을 통과하도록 자기 입자를 포함하는 유체 표본을 이송하는 채널과; 상기 자기 입자가 상기 유체 표본의 미리 결정된 영역 내에 흐르도록 하기 위하여 상기 채널 중 적어도 일 부분에 걸쳐 자기장을 유도하는 수단;을 포함한다.

유체 표본을 분석하는 시스템의 또 다른 일 실시 형태는, 상기 유체 표본 분석 시스템을 통과하도록 형광성 표지가 부착된 입자를 포함하는 유체 표본을 이송하는 채널과; 빛을 상기 채널의 탐색 영역 쪽으로 향하게 하도록 구성된 광원 시스템 및 광학 시스템을 포함하는 조명 서브시스템(subsystem);을 포함한다. 상기 시스템은, 자기 입자에서 방출된 형광을 수집하도록 구성된 비구면 거울과, 상기 수집된 형광을 분석하는 조사 시스템을 포함하는, 측정 서브시스템을 더 포함한다.

칩에 기초한 유세포분석기의 일 실시 형태는, 형광성 표지가 부착된 입자를 포함하는 유체 표본을 수용하는 제1 유입 도관과; 시스 유체를 수용하는 제2 유입 도관과; 상기 제1 유입 도관과 상기 제2 유입 도관에 연결된 유체 유동 챔버;를 포함한다. 상기 유체 유동 챔버는 상기 시스 유체 내에 구속된 표본 유체를 사용하여 유체 스트림을 생성하도록 구성되고, 상기 표본 유체는 유체 스트림의 유동에 직각인 수직 방향에서 약 80 미크론까지의 제1 치수와; 유체 스트림의 유동에 직각인 수평 방향에서 약 25 미크론까지의 제2 치수;를 가진다.

칩에 기초한 유세포분석기의 또 다른 일 실시예는, 상기 유세포분석기를 통과하도록 형광성 표지가 부착된 입자를 가지는 유체 표본을 이송하는 채널을 포함한다. 게다가, 상기 칩에 기초한 유세포분석기는, 광원 시스템 내의 각 광원이 빛을 탐색 영역 내의 상이한 지점으로 향하게 하도록 구성된 광원 시스템 및 광학 시스템을 포함하는, 조명 서브시스템을 포함한다. 게다가, 상기 칩에 기초한 유세포분석기는, 집광 시스템으로서 상기 다른 지점 각각에서 자기 입자로부터 방출된 형광이 상기 집광 시스템의 상이한 검출기에 의해 수집되도록 구성된 집광 시스템과, 상기 수집된 형광을 분석하는 조사 시스템을 포함하는, 측정 서브시스템을 포함한다.

본 발명의 추가적인 장점들은 첨부된 도면을 참고하여 이하에 기재된 바람직한 실시예에 대한 설명으로 당해 기술 분야에서 숙련된 당업자에게 명백해 질 것이다.

도 1은 유체 표본을 가공하고 분석하도록 구성된 휴대용 시스템의 개략도이고,

도 2는 도 1에 도시된 휴대용 시스템에 포함될 수 있는 마이크로유체 분석 모듈의 예시적인 실시예의 등축도이고,

도 3은 도 2에 도시된 마이크로유체 분석 모듈에 포함될 수 있는 유체 집속 서브시스템의 예시적인 실시예의 등축도이고,

도 4는 도 2에 도시된 마이크로유체 분석 모듈에 포함된, 광원, 집광 렌즈 및 검출기의 예시적인 집합체의 측면도이고,

도 5는 유체 검사물을 제조하도록 구성된 예시적인 시스템의 횡단면도이고,

도 6은 유체 검사물을 제조하도록 구성된 다른 예시적인 시스템의 개략도이고,

도 7은 도 6의 개략도에 따른 예시적인 시스템의 사시도이고,

도 8은 도 7에 도시된 시스템에 포함되는 반응 용기의 확대 사시도이고,

도 9는 유체 검사물을 제조하기 위한 일련의 가공 단계 동안 도 8에 도시된 반응 용기의 반응 체적의 횡단면도이고,

도 10은 시약 팩과 도 7에 도시된 시스템의 시약 팩 수용부의 확대 사시도이고,

도 11은 시약 팩의 교반 작동 과정을 나타내기 위해 다양한 위치에 있는, 도 10에 도시된 시약 팩 수용부와 상기 시약 팩 수용부 내에 위치된 시약 팩의 횡단면도이고,

도 12는 유체 검사물을 제조하기 위한 예시적인 방법의 플로우챠트이고,

도 13은 유체 표본을 미리 결정된 검사물과 호환가능한 형태로 가공하기 위한 예시적인 방법의 플로우챠트이고,

도 14는 핵산 검사물을 제조하기 위한 예시적인 방법의 플로우챠트이고,

도 15는 면역 검사물을 제조하기 위한 예시적인 방법의 플로우챠트이고,

도 16은 여기에 기재된 시스템 실시예에 포함될 수 있는 반응 카트리지의 예시적인 실시예의 등축 평면도이고,

도 17은 여기에 기재된 시스템 실시예에 포함될 수 있는, 반응 카트리지의 작동 중 다양한 시점에서의 반응 카트리지의 또 다른 예시적인 실시예의 상이한 등 축도이고,

도 18은 여기에 기재된 휴대용 시스템에 포함될 수 있는 시약 저장 모듈의 등축 측면도 및 평면도이다.

본 발명은 다양한 수정과 대체 형상이 가능하고, 특수한 실시예들은 도면에서 예시적인 방식으로 도시되어 있고, 상기 특수한 실시예들은 이하에서 상세히 설명될 것이다. 상기 도면들은 비례적이지 않을 수 있다. 그러나, 상기 도면들과 이하의 자세한 설명들은 본 발명을 개시된 특별한 형태로 제한하려는 의도가 아닐 뿐만 아니라, 본 발명은 첨부된 청구항에 의해 한정되는 바와 같이 본 발명의 범위와 기술적 사상 내에서 수정 실시예, 등가 실시예, 그리고 대체 실시예 모두를 포함할 수 있다는 것을 알아야 한다.

도면에서는, 유체 표본을 가공하고 분석하는 시스템들이 제공된다. 일반적으로, 여기에 기재된 시스템들은, 체액, 환경적 표본, 및/또는 생물학적 조직과 물질을 포함하는(하지만 이에 제한되지 않음) 표본을 가공 및/또는 분석하는데 사용될 수 있다. 게다가, 이하에서 더 자세히 기재된 바와 같이, 여기에 기재된 시스템은 시스템 내로 주입된 형광성 표지가 부착된(fluorescently tagged) 입자들로 표본들을 가공하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 상기 입자들은 자성을 띠고 있을 수 있다. 도면들은 반드시 비례적으로 도시된 것이 아니라는 점을 알아야 한다. 특히, 몇몇 도면에 있는 일부 구성요소들의 크기는 상기 구성요소들의 특징을 강조하기 위해 매우 과장되어 있을 수 있다. 게다가, 도면들은 동일 비율로 그려진 것이 아니라는 점도 알아야 한다. 하나 이상의 도면에 도시되고 유사하게 구성될 수 있는 구성요소들은 동일한 도면 번호를 사용하여 표시된다.

도 1은 유동성 표본을 가공하고 분석하는 예시적인 휴대용 시스템을 도시하고 있다. 일반적으로, 여기에 도시된 휴대용 시스템은 가공 모듈, 분석 모듈, 그리고 유체 장치(fluidics), 유체 저장소, 전원 공급장치, 컴퓨터 하드웨어(및 소프트웨어), 디스플레이 및 휴면 인터페이스를 포함하는(하지만 이에 제한되지 않음) 지원 모듈을 포함할 수 있다. 도 1은 시스템의 베이스 부분과 덮개 내에서의 모듈들의 위치 및 예시적인 구분을 도시하는 개방된 상태에 있는 휴대용 시스템(12)을 도시하고 있다. 그러나, 여기에 도시된 휴대용 시스템들은 이에 제한되어서는 안된다. 특히, 도 1에 도시된 시스템보다 더 적은 또는 더 많은 모듈들을 가지는 다른 휴대용 시스템도 생각할 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 휴대용 시스템(12)에 대해 도시된 하나 이상의 모듈들은 나머지 모듈들에 대해 다른 위치로 배열될 수 있다. 예를 들어, 특정 경우에, 휴대용 시스템(12)은 상기 시스템의 덮개에 다른 모듈을 포함하거나 어떤 모듈도 포함하지 않을 수 있다. 다른 경우에, 휴대용 시스템(12)은 덮개를 포함하지 않을 수 있다. 어떤 경우에, 여기서 기재된 시스템의 "휴대성"이란 사용자에 의해 시스템들이 운반되어질 수 있다는 것을 말한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 휴대용 시스템(12)은 컴퓨터(1), 디스플레이(2), 배터리(3), 그리고 휴먼 인터페이스(9)를 포함할 수 있고, 모든 상기 구성요소들은 당해 기술 분야에서 공지된 대응하는 장치에 적절한 특정 구성요소들을 포함할 수 있다. 특정 경우에, 컴퓨터(1)는 마이크로유체 분석 모듈(5)(예를 들어, 형광성 측정, 광 산란성 측정 등)에 의해 획득된 측정값를 표본에 존재하는 분석물의 총량을 반영한 값으로 변환하는데 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 컴퓨터(1)는, 가공 모듈(6)과 마이크로유체 분석 모듈(5) 내에 있는 구성요소들과 같은(하지만 이에 제한되지 않음) 휴대용 시스템(12) 내에 있는 다른 구성요소들의 작동을 제어하는데 사용될 수 있다. 어떤 경우에, 디스플레이(2)는 사용자에게 측정값 및/또는 변환된 값을 나타내는데 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 배터리(3)를 포함하는 것에 대체적으로, 휴대용 시스템(12)에는 AC/DC 변환기가 설치될 수 있다. 휴먼 인터페이스(9)는, 유체를 가공하는 과정 또는 분석하는 과정의 시작을 제어하도록 및/또는 분석 동안 요구되는 측정 과정들을 조정하도록 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 휴대용 시스템(12)은 시약 카트리지 저장소(4), 가공 모듈(6), 마이크로유체 분석 모듈(5), 시스 유체 모듈(7), 그리고 펌프 모듈(8)을 포함할 수 있고, 상기 각 구성요소들은 여기에 추가적으로 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 특정 실시예에서, 여기에 기재된 시스템들은 시스템들이 다른 적용예를 위해 사용될 수 있도록 대체될 수 있는 하나 이상의 호환가능한 모듈을 포함할 수 있다. 여기에 기재된 실시예의 가능한 적용예는 의료 진단 장치 또는 환경 생물학적 표본 추출 검사장치(sampler)를(하지만 이에 제한되지 않음) 포함한다. 실시예의 모듈의 특징은 한 적용예에서 다른 적용예로의 재구성이 용이하고 저가로 실행한다는 점이다.

특정 실시예에서, 마이크로유체 분석 모듈(5)은 고집적(高集積) 칩에 기초한 유세포분석기를 포함할 수 있다. 더 명확하게는, 상기 마이크로유체 분석 모듈(5)은 반도체 장치로서 제조된 이하의 구성요소, 즉: 마이크로유체 채널, 광전 증배관(photo multiplier), 애벌랜치 포토다이오드(avalache photodiode), 핀 포토다이오드(pin photodiode), 자기 변환기, 광학 필터, 렌즈, 거울, 광학 이득 매체 그리고 발광 다이오드, 공진 공동 발광 다이오드(resonant cavity light emitting diode), 다이오드 레이져, 수직 공동 표면 방출 레이져, 인광성 물질(phosphorescent material), 방사성 물질, 플라즈마 및 음원과 같은 여기원(勵起源, excitation source) 중 일부 또는 전부로 된 고정된 구성 배열을 포함할 수 있다. 마이크로유체 분석 모듈(5)의 구성요소들의 예시적인 구성 배열은 도 2에 도시되어 있다. 특히, 도 2는 유체 채널, 유체 집속 요소, 그리고 집광 렌즈가 반도체 기판(10) 내에 고정되도록 배열된 마이크로유체 분석 모듈(5)의 일 실시예를 도시하고 있다. 특정 실시예에서, 마이크로유체 분석 모듈(5)은 또한 광원(예를 들어, 도 2에서 광원(14, 16))과 서로에 대해 그리고 반도체 기판(10)에 대해 고정적으로 배열된 광학 구성요소(도 2에서 빔 스플리터)를 포함할 수 있다. 대체적인 경우에, 광원(14, 16) 및/또는 빔 스플리터(18)는 반도체 기판(10) 내에서 일체형일 수 있다.

일반적으로, 마이크로유체 분석 모듈(5)의 칩에 기초한 유세포분석기는 상기 유세포분석기를 통과하여 유동하는 유체 내에 주입된 형광성 표지가 부착된 입자들의 하나 이상의 특성을 측정하도록 구성될 수 있다. 더 명확하게는, 상기 칩에 기초한 유세포분석기는 표본 내의 입자에 의해 방출된 형광을 측정하고 상기 입자에 관련된 시약이 존재하는지를 결정하기 위해 상기 측정값들을 사용하도록 구성될 수 있다. 상기 시약이 존재하는지 여부에 기초하여, 상기 시스템은 표본에서 하나 이상의 분석물이 존재하는지 여부를 결정할 수 있고, 또한 표본 내에서 농도와 같은 하나 이상의 분석물의 다른 특성들을 결정할 수 있다. 특정 경우에, 상기 입자들의 광 산란 특성은, 시약 내에 분석물의 존재/부존재를 결정하고 및/또는 입자의 종류를 결정하기 위하여 상기 칩에 기초한 유세포분석기에 의해 추가적으로 측정될 수 있다.

일반적으로, 여기서 사용되는 "입자(particle)"라는 용어는 화학적, 생물학적, 그리고 환경 검사물의 분석을 위해 사용되는 특정 기질을 의미할 수 있고, 명확하게는 키나아제 활성을 가지는(하지만 이에 제한되지 않음) 대상 분석물의 정성화(qualification) 및/또는 정량화(quantification)를 위한 분자 반응을 제공하고 및/또는 지원하는데 사용되는 물질을 의미할 수 있다. 게다가, "입자"라는 용어는 약 1 nm 내지 약 300 ㎛인 크기를 가지는 물질과 같은(하지만 이에 제한되지 않음) 광범위한 크기의 물질을 의미할 수 있다. 따라서, "입자"라는 용어는, 입자들, 비드(bead)들, 폴리스티렌(polystyrene) 비드들, 미립자, 금 나노입자, 양자점(quantum dot), 나노점, 나노입자들, 합성물 입자들(예를 들어, 금속-고분자 입자 또는 자철광-고분자 입자), 나노쉘, 나노로드, 나노튜브, 마이크로 비드, 라텍스 비드(latex bead), 형광성 비드, 형광성 입자, 염색된 입자, 조직, 세포, 미생물, 생식 세포, 유기물, 특정 무기물, 또는 상기 물질들의 특정 조합물을 포함하는(하지만 이에 제한되지 않음) 다수의 상이한 물질 및 구성 배열을 의미할 수 있 다. 따라서, 상기 용어 중 어떤 것도 여기에 사용된 "입자"라는 용어와 호환가능할 수 있다.

최근의 신기술들은 식별가능한 담체 입자(carrier particle)를 사용하여 다중 검사물을 동시적으로 분석할 수 있다. 이러한 검사 시스템 중 한 예가 텍사스주의 오스틴에 있는 Luminex Corporation의 상용 xMAP® 기술이다. 상기 xMAP 기술은 (예를 들어, 입자의 표면에 하나 이상의 기능성 그룹을 연결시킴으로써) 하나 이상의 검사물 특정적인 시약이 적용될 수 있는 일군의 염색된 입자를 사용한다. 입자 플랫폼(particle platform)은 형광(螢光, fluorescence)으로 식별가능한 상이한 일련의 입자들을 사용한다. 예를 들어, 이러한 일련의 입자들은 형광의 파장, 형광의 광도(intensity), 상이한 파장들의 형광의 광도의 비 등으로 식별될 수 있다. 일반적으로, 형광의 변화량은 입자 내에 혼합된 및/또는 입자의 표면에 결합된 상이한 염료 및/또는 형광체(fluorophore)에 의해 영향을 받을 수 있다. 특정 실시예에서, 이러한 일련의 입자들은 크기 및/또는 형상에 의해 추가적으로 식별될 수 있다. 어떤 경우이든, 일반적으로 식별가능한 담체 입자를 가지는 입자 플랫폼이 바람직한데, 이는 상기 입자 플랫폼이 다수의 상이한 분석물을 검사물 특정적인 시약에 혼합시키기 위해 유체에 기초한 반응 속도를 사용하기 때문이다. 특히, 상기 입자는 하나의 표본으로 100가지 이상의 상이한 분석물에 사용될 수 있다.

일반적으로, 상이한 일련의 입자들 각각은 상기 입자에 연결되는 상이한 시약을 가질 수 있다. 상기 상이한 시약은 유체 표본에서 상이한 분석물과 선택적으로 반응할 수 있다. 즉, 상이한 시약 각각은 한 가지 표본에서 하나의 분석물과 반 응할 수는 있지만, 실질적으로 상기 표본에서 다른 어떠한 분석물과 반응할 수는 없다. 특정 경우에, 하나 이상의 추가적으로 검출가능한 시약이 하나 이상의 분석물과 반응하게 할 수 있다. 상기 하나 이상의 추가적인 시약은 형광(예를 들어, 형광의 파장, 형광의 광도 등)에 의해 검출될 수 있다 (그리고 식별될 수 있음). 반응 속도를 향상시킬 뿐만 아니라, 바람직하게는 다중 입자 플랫폼을 사용함으로써 사용자는 패널에서 실행되는 실험을 바꾸기 위하여 표본이 노출된 모집단(population)으로 또는 모집단에서 하나 이상의 입자 서브셋(subset)을 단지 추가하거나 제거하면 된다.

도 2에서, 유세포분석기의 작동 과정은 표본을 삽입하는 과정을 포함하고, 상기 과정에서 검사물이 유입 도관(22) 내로 주입된다. 설명하기에 앞서, 특정 실시예에서, 상기 표본은 도 2에 도시된 바와 같이 유체 유동 챔버(24)에서 시스 유체(sheath fluid)와 결합될 수 있다. 상기 시스 유체는 펌프 모듈(8)에 의해 시스 유체 모듈(7)로부터 주입될 수 있고, 유입 도관(26)을 통하여 분석 모듈로 들어가고, 시스 유체 채널(28)을 통하여 유체 유동 챔버(24)로 흐를 수 있다. 따라서, 상기 표본 및 시스 유체는 각자의 유입구를 통하여 상기 유세포분석기 내로 주입된다. 상기 두 유체는 유체 유동 챔버(24)에서 만나고, 상기 챔버는 표본 유체를 둘러싸는 시스 유체를 포함하는 유체 스트림이 생성되도록 구성된다. 유체 유동 챔버(24)의 예시적인 구성이 도 3에 도시되어 있다. 그러나, 유체역학적 집속 기술, 동전기적 집속 기술, 음파 집속 기술, 자계 집속 기술 등을 포함하는(하지만 이에 제한되지 않음) 다른 유체 혼합 기술이 여기에 기재된 시스템에 사용될 수 있다. 결국, 여기에 기재된 시스템은 도 2 및 도 3의 도면에 제한되어서는 안된다. 예를 들어, 대체적으로 또는 추가적으로 마이크로유체 분석 모듈(5)의 유세포분석기와 함께 사용될 수 있는 유체 혼합 장치는 채널(20, 28)의 접합 경계에 배열된 유체역학적 집속 큐벳(cuvette)일 수 있다. 상기 큐벳은 큐벳의 축의 모든 수직 방향에서 표본 스트림을 매우 균일하게 집속하고 구속할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 유체 유동 챔버(24)는 시스 유체 내에 있는 표본 유체를 수직 방향 및 수평 방향 모두에서 구속할 수 있도록 구성된다. 이러한 방식으로, 상기 시스 유체는 모든 측면에서 상기 표본 유체를 둘러쌀 수 있다. 이러한 물리적 구속 기술은 유체 유동 챔버(24)에서 생성된 스트림의 중심 근처에 상기 표본 유체를 구속하고, 특정 실시예에서는 표본 유체의 이전 직경보다 더 작아지도록 표본 유체를 한정한다. 표본 유체의 직경을 감소시킴으로써, 유동 중인 입자는 더 용이한 탐색을 가능하게 하기 위하여 유체 채널을 따라 더 산발적으로 분포된다. 그러나, 고정된 칩에 기초한 구성요소를 유세포분석기 내에 혼합함으로써 상대적으로 넓은 유체 스트림으로 우수한 측정 정확성을 제공한다고 알려져 왔다. 따라서, 유체 유동 챔버(24)는 종래 시스템보다 더 작은 직경으로 표본 유체 직경을 한정하도록 구성된다. 예를 들어, 유체 유동 챔버(24)는 채널(25) 내에 있는 표본 유체의 직경을 채널(20) 내에 있는 표본 유체 직경의 10배 미만까지, 또는 더 명확하게는 채널(20) 내에 있는 표본 유체의 직경의 약 5배까지 감소시킨다. 바람직하게는, 표본 유체를 더 작은 직경으로 한정함으로써 요구되는 시스 유체의 총양을 감소시킬 수 있고, 비용과 폐기물을 감소시킬 수 있다.

유체 유동 챔버(24)를 구속하는 개조 형태를 기재하는 또 다른 방식은 표본 스트림이 생성하도록 구성된 유체 스트림 내에 있는 표본 스트림의 예시적인 치수를 열거하는 것이다. 예를 들어, 유체 유동 챔버(24)는 상기 표본 유체가 유체 스트림의 유동에 직각인 수직 방향으로 약 80 미크론(micron)까지의 제1 치수(즉, 유체의 유동이 x 방향일 때 z 방향에서 약 80 미크론까지의 제1 치수)를 가지도록 구성될 수 있다. 게다가, 유체 유동 챔버(24)는 표본 유체가 유체 스트림의 유동에 직각인 수평 방향으로 약 25 미크론까지의 제2 치수(즉, 유체의 유동이 x 방향일 때 y 방향에서 약 25 미크론까지의 제2 치수)를 가지도록 구성될 수 있다. 그러나, 표본 유체를 위해 더 큰 또는 더 작은 치수가 유세포분석기의 설계 명세서에 따라 마찬가지로 고려될 수 있다.

어떤 경우이든, 유체 유동 챔버(24)에서 생성된 유체 스트림은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 채널(25)을 통하여 흐른다. 더 명확하게는, 유체 유동 챔버(24)에서 생성된 유체 스트림은, 도 2에서 채널(25) 중간에 있는 집광 렌즈(30)로 표시된, 유체 유동 챔버(24)의 광학 탐색 영역으로 흐를 수 있다. 상기 광학 탐색 영역을 통과한 후에, 혼합된 표본 및 시스 유체는 배출구(32)를 통하여 분석 모듈을 빠져나간다. 특정 실시예에서, 유체 채널(25)은 분리될 수 없도록 구성될 수 있다. 즉, 휴대용 시스템은 일회용이 아닌 유체 채널(25)을 포함할 수 있다. 반대로, 기존의 칩 규모의 기술에 있는 유체 채널은 분리가능한 기판에 형성되도록 설계되어 상기 유체 채널은 일회용일 수 있다. 따라서, 여기에 기재된 실시예의 뚜렷한 특징은 상기 유체 채널이 분리될 수도 없고 일회용도 아니라는 점이다. 특정 실 시예에서, 생성된 유체 스트림의 표본 유체를 유체 채널(25)의 미리 결정된 위치에 배열시키는 것이 바람직할 수 있다. 더 명확하게는, 상기 유세포분석기를 최적으로 작동하기 위하여 빛이 입자 쪽으로 향하는 각도와 상기 입자로부터 수집된 방출광을 예상할 수 있도록, 표본 유체 내에 있는 입자를 채널(25)에서 상대적으로 예상가능한 장소(예를 들어, 상기 유체 채널의 중앙 근처)에 배열하는 것이 바람직하다.

상기 채널(25)의 미리 결정된 위치 내에 입자의 배열을 수용하기 위하여, 상기 시스템은 특정 실시예에서 도 2에 도시된 바와 같이 채널(25) 중 적어도 일 부분에 걸쳐 자기장을 유도하는 수단(27)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 마이크로유체 분석 모듈(5)의 유세포분석기는 유체 채널(25) 주위를 둘러싸는 솔레노이드 코일(solenoid coil)을 포함할 수 있다. 여기에 기재된 시스템이 자기장 유도 메커니즘에 제한되어서는 안된다. 특히, 채널(25)의 적어도 일 부분에 걸쳐 자기장을 유도하는 다른 수단도 추가적으로 또는 대체적으로 사용될 수 있다. 어떤 경우이든, 특정 실시예에서 상기 자기장 유도 수단(27)은 유체 채널(25)을 따라 (즉, 유체 유동 챔버(24)와 배출구(32) 사이에) 뻗어 있을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 자기장 유도 수단(27)은 유체 채널(25)의 한정된 부분을 따라 뻗어 있을 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서 상기 자기장 유도 수단(27)은 유체 유동 챔버(24)에서 시작하여 집광 렌즈(30)로 표시된 탐색 영역을 지나서 뻗어 있는 유체 채널(25)의 일 부분으로 제한될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 자기장 유도 수단(27)은 탐색 영역을 포함하는 탐색 영역 근처부분과 같은 유체 채널(25)의 더 짧은 일 부 분으로 제한될 수 있다. 어떤 경우에든, 상기 자기장 유도 수단(27)은 특정 실시예에 있는 유체 채널(25)을 둘러싸는 자기장을 생성하도록 구성될 수 있다. 다른 방법으로, 상기 자기장 유도 수단(27)은 유체 채널(25)의 원주 방향 둘레보다 더 작은 부분에서 자기장을 생성하도록 구성될 수 있다.

상기한 바와 같이, 시스 유체로 둘러싸인 표본 유체는 유체 유동 챔버(24)에서 유체 채널(25)의 광학 탐색 영역으로 흐른다. 상기 광학 탐색 영역에서, 광원(14, 16)은 상기 표본 유체를 조명한다. 표본 유체 내에 있는 입자에 의해 방출된 형광은 집광 렌즈(30)로 수집되어 유세포분석기의 하나 이상의 검출기로 향하고, 상기 검출기는 방출광을 위해 예측되는 각도에서 기판(10)에 대해 고정적으로 배열될 수 있다. 따라서, 유체 채널(25)의 광학 탐색 영역은 광선에 의해 조명된 유체 채널 중 일부 장소와 집광 렌즈가 빛(형광, 산란광, 또는 형광 및 분산광의 조합광)을 수집하는 유체 채널 중 일부 장소에 의해 한정된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광원(14, 16)으로부터의 빛은, 서로 일정 간격 떨어져 위치되는 유체 채널(25) 중 상이한 일부 장소들로 향하게 될 수 있다. 이러한 장소들은 여기서 검색 지점이라 부를 수 있다. 상기 검색 지점은 유세포분석기의 설계 명세서에 따라 적절한 특정 간격을 포함할 수 있다.

다중 검색 지점을 용이하게 하기 위하여, 특정 실시예에서 도 2에 빔 스플리터(18)를 포함하는 구성으로 도시된 바와 같이, 유세포분석기는 하나 이상의 광원(14, 16)과 유체 채널(25) 사이에 빔 스플리터(beam splitter)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 빔 스플리터(18)는 빛을 둘 이상의 상이한 광선으로 쪼개도록 구 성된 적절한 광학 요소를 포함할 수 있다. 따라서, 빔 스플리터(18)는 도 2에 도시된 것과 같은 빛을 세 가지 광선으로 쪼개는 도면 형상에 제한되지 않는다. 게다가, 도 2에 도시된 유세포분석기는 광원(14)에 대해 빔 스플리터(18)를 사용하는 것에 제한되지 않는다. 특히, 유세포분석기는 추가적으로 또는 대체적으로 광원(16)으로부터 향하는 빛을 쪼개도록 위치된 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 유세포분석기 내에 다중 광원, 특히 각 검색 지점마다 하나의 광원을 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 몇몇 경우에, 유세포분석기은 빔 스플리터를 포함하지 않을 수 있다. 특히, 칩에 기초한 유세포분석기 내에 있는 장치의 구성요소를 소형화시킴으로써, 유세포분석기의 검출기는 특정 채널의 형광을 적절히 측정하기 위해 탐색 지점으로부터 강렬한 방출광을 수집해야 할 수 있다. 결국, 각 검색 지점을 위해 상이한 광원을 포함할 뿐만 아니라, 상기 유세포분석기는 각 탐색 지점용 상이한 검출기를 포함할 수 있다. 게다가, 상기 유세포분석기는 각 탐색 지점용 거울, 렌즈, 및/또는 필터를 포함하는(하지만 이에 제한되지 않음) 상이한 일련의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다. 여기서 기재된 유세포분석기를 위해 사용되는 광원, 광학 요소, 그리고 검출기의 예시적인 배열이 도 4에 도시되어 있고 이하에서 상세히 설명된다.

어떤 경우든, 도 2가 여기에 도시된 유세포분석기와 함께 두 개의 광원의 포함관계를 도시하고 있지만, 유세포분석기는 조명 서브시스템 내에 다수의 광원을 포함할 수 있다는 점을 알아야 한다. 발광 다이오드(LED), 레이져, 아크등(arc lamp), 섬유 조명기, 전구, 백열등 또는 당해 기술 분야에서 공지된 적절한 다른 광원과 같은(하지만 이에 제한되지 않음) 적절한 특정 광원이 유세포분석기 내에 사용될 수 있다. 게다가, 하나 이상의 광원은 단색광, 다색광, 광대역 광, 또는 상기 광들의 조합광을 방출하도록 구성될 수 있다. 게다가, 하나 이상의 광원으로부터의 빛은 적절한 특정 방향에서 (예를 들어, 상기 광원을 적절히 위치시킴으로써 및/또는 광학 요소를 향하는 적절한 광을 사용함으로써) 유체 채널(25)로 향할 수 있다. 이와 같이, 도 2가 실질적으로 반대 방향에서 유체 채널(25) 쪽으로 빛을 향하게 하는 광원(14, 16)을 도시하고 있지만, 여기에 기재된 시스템은 이에 제한되어서는 안된다.

상기한 바와 같이, 도 4는 여기에 기재된 유세포분석기에 사용되는 광원, 광학 요소, 그리고 검출기의 예시적인 배열을 도시하고 있다. 예시적인 배열 네 개 의 별개의 광원(38)을 포함하고, 상기 광원은 실질적으로 직립 방향으로 네 개의 별개의 집광 렌즈(42)와 네 개의 별개의 검출기(44)와 일직선으로 배열된다. 즉, 집광 렌즈(42)는 광원(38)으로부터의 빛이 향하는 방향에 거의 수직인 방향을 따라 표본 유체 내에 있는 입자로부터 방출된 빛을 수집하도록 배열된다. 집광 렌즈(42)는 하나 이상의 굴절 광학 요소를 포함할 수 있고, 상기 굴절 광학 요소 각각은 유체 채널 중 일부인 대응 장소로부터 형광되는 및/또는 산란되는 빛을 수집하도록 구성된다. 검출기(44)는 실리콘 애벌랜치 포토다이오드와 같은(하지만 이에 제한되지 않음) 적절한 특정 검출기를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 광원(38) 각각은 실질적으로 동일한 파장을 가지는 빛을 방출하도록 구성될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 하나 이상의 광원(38)은 광원(38) 중 다른 광원에 의해 방출된 빛과는 다른 파장으로 빛을 방출하도록 구성될 수 있다.

특정 실시예에서, 여기에 기재된 시스템은 집광 렌즈(42)와 검출기(44) 사이에 위치된 필터(48)를 포함할 수 있다. 필터(48)는 검출기(44)에 의해 검출된 빛의 파장을 제한하도록 구성된 스펙트럼 필터와 같은(하지만 이에 제한되지 않음) 당해 기술 분야에서 공지된 적절한 광학 요소를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 예시적인 배열은 조명 렌즈(50)를 포함할 수 있다. 상기 조명 렌즈(50)는 다수의 굴절 광학 요소를 포함할 수 있고, 상기 굴절 광학 요소는 당해 기술 분야에서 공지된 적절한 굴절 광학 요소를 포함할 수 있다. 조명 렌즈(50)의 굴절 광학 요소 각각은 반도체 발광기의 광원(38)으로 생성된 광선(52) 중 하나를 시준하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 광선은 서로 거의 팽행한 방향을 따라 채널(25)로 향하게 될 수 있다. 도 4에 네 개 세트의 구성요소의 포함관계를 도시하고 있지만, 여기에 기재된 시스템은 적절하게 다수의 구성요소 세트들을 포함할 수 있다는 것을 알아야 한다.

도 5는 90˚ 경사 입사조명(off-axis illumination)이라 불리는 구성 배열을 사용하는 유세포분석기를 위한 광원, 광학 요소 그리고 검출기의 다른 예시적인 배열을 도시하고 있다.

상기와 같은 구성 배열에서, 상기 시스템은 광원(38)이 유체 채널 쪽으로 빛을 향하게 하도록 구성된 각도로부터 약 90˚인 각도에서 유체 채널(25)로 빛을 향하게 하도록 구성된 광학 요소를 포함할 수 있다. 다른 방법으로, 광원(38)은 90˚ 각도에서 유체 채널(25)로 빛을 빛을 향하게 하도록 배열될 수 있다. 더 명확하게 는, 거울 또는 다른 적절한 광학 요소가 배열될 수 있어, 광원(38)으로부터 나온 빛은 집광 렌즈(42) 및 검출기(44)를 포함하는 광학 스택(stack)과 유체 채널 모두에 거의 수직인 방향으로 유체 채널(25)에 충돌하여, 빛의 90˚ 측면 산란광 성분이 광학 탐색 방법을 위해 수집되고 검출된다. 상기 구성 배열을 설명하기 위하여, 도 5는 x - z 평면을 따라 구성요소의 예시적인 배열을 도시하고 있고, 여기서 채널(25)에서의 유체 유동은 x 방향으로 향하고 광학 요소 및 검출기의 위치는 채널(25)에 대해 z 방향에 있다. 상기 실시예에서, 광원은 채널(25)에 대해 y 방향에 배열되므로 도 5에는 도시되지 않는다. 오히려, 광원으로부터의 광선(54)이 90˚ 경사 입사조명을 나타내는 페이지(page)에 나타나도록 도시되어 있다. 도 5가 단일 세트의 구성요소를 도시하고 있지만, 여기에 기재된 시스템은 도 4에 도시된 구성 배열을 위해 유사하게 기재된 바와 같이 적절한 수의 별개 세트의 구성요소들을 포함할 수 있다.

특정 실시예에서, 상기 유세포분석기는 형광 및/또는 산란광을 모으는 비구면 거울을 포함할 수 있다. 특히, 바람직하게는 비구면 거울은 검출기가 검출할 수 있는 빛의 범위 내의 수준까지 수집된 빛을 증가시킨다. 더 명확하게는, 검출기의 검출 범위는 일반적으로 칩에 기초한 유세포분석기에서의 다른 장치들과 같은 방식으로 축소될 수 없으므로, 검출기의 능력 내에 있는 범위로 수집된 빛을 변화시키기 위해 비구면 거울을 결합시키는 것이 바람직하다. 특정 실시예에서, 구면 거울은 불필요한 파장을 배제하는 것을 보조하고 수집된 빛의 신호 대 잡음비(signal to noise ratio)를 증가시키기 위하여 반사 방지막(anti-reflective coating, ARC) 으로 코팅될 수 있다. 특정 실시예에서, 산란광보다는 오히려 방출된 형광을 반사시키도록 구성된 ARC가 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 방출된 형광 뿐만 아니라 산란광도 반사시키도록 구성된 ARC가 사용될 수 있다. 상기와 같은 구성 배열은 상기 ARC가 반사하도록 형성된 파장 범위로 용이해 질 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 비구면 거울(56)은 집광 렌즈(42), 필터(48) 그리고 검출기(44)의 맞은 편에 있는 유체 채널(25)의 측면부에 배열될 수 있다. 이러한 방식으로, 비구면 거울(56)은 유세포분석기에 의해 수집되는 빛의 양을 증가시킬 수 있다. 도 4에 도시된 구성요소의 구성 배열도 비구면 거울을 포함할 수 있다는 것을 알아야 한다.

여기(勵起)에 반응하여, 표본 유동 내에 있는 입자는, 표본 유체로 입자 식별 염료, 효소, 단백질, 아미노산, DNA, RNA, 항체 그리고 항원과 같은(하지만 이에 제한되지 않음) 물질 중 하나 이상의 존재를 신호전달(signaling)하도록 형광을 방출한다. 표지로 사용되는 직접적인 형광 뿐만 아니라, 입자와 상기 입자로부터의 방출광의 여기를 추가적으로 조절하기 위하여 자기장의 존재가 사용될 수 있다. 분석 모듈의 바람직한 특성 중 하나는 분석 모듈의 다중 채널에 의해 생성된 출력을 사용하여 실시간으로 형광 입자를 측정하거나 "읽고" 분류할 수 있는 능력이다.

특정 실시예에서, 상기 시스템은 표본이 유체 채널(25)에서 탐색 영역을 통하여 흐를 때 조명에 대한 입자의 반응을 게이트로 제어함으로써 측정을 실행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 표본이 분석 모듈의 광학 탐색 영역을 통하여 흐를 때, 조명에 대한 입자의 반응을 게이트로 제어하는 과정은 집광 렌즈와 하나 이상의 검출기로 형광 및/또는 산란광을 수집하고 검출하며 미리 결정되어 있는 임계 값(threshold)과 하나 이상의 검출기의 출력값을 비교함으로써 실행될 수 있다. 상기 출력값이 미리 결정되어 있는 임계값을 초과한다면, 상기 시스템은 미소 구체(microsphere)가 형광 및/또는 산란광을 발생시켰고 따라서 상기 미소 구체는 탐색 영역을 통과하고 있다고 결정할 수 있다. 이와 같이, 상기 미소 구체에 대응하는 형광 및/또는 산란광이 상기 시스템에 의해 기록될 수 있고 또는 그렇지 않으면 가공될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 상기 시스템은, 유체 채널(25)의 탐색 영역을 통하여 흐르는 단일 입자와 거의 동시에 탐색 영역을 통하여 흐르는 다중 입자를 식별함으로써 측정을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 분석 모듈의 하나 이상의 검출기에 의해 검출된 산란광은 일반적으로 하나 이상의 광원에 의해 조명된 입자의 부피에 비례할 수 있다. 따라서, 하나 이상의 검출기의 출력은 광학 탐색 영역에 있는 입자의 직경 및/또는 부피를 결정하는데 사용될 수 있다. 게다가, 하나 이상의 검출기의 출력과 입자의 알려져 있는 크기 또는 부피는 함께 주입된 또는 거의 동시에 광학 탐색 영역을 통과하는 하나 이상의 미소 구체를 식별하는데 사용될 수 있다. 따라서, 이러한 입자들은 다른 표본 입자와 교정 입자와 구별될 수 있다. 게다가, 표본 입자와 교정 입자가 상이한 크기를 가지는 경우, 하나 이상의 검출기의 출력은 표본 입자 및 교정 입자를 식별하는데 사용될 수 있다.

상기한 바와 같이, 특정 실시예에서 휴대용 시스템(12)은 가공 모듈(6)을 포함할 수 있다. 상기 모듈은 일반적으로 표본이 마이크로유체 분석 모듈(5) 내로 주입되기 전에 표본을 가공하도록 구성될 수 있다. 상기 가공 과정은 입자 크기 여과 과정, 원심 분리기로 분리하는 과정, 분석물 격리 과정, 분석물 증폭 과정, 표본 세척 과정, 세포 용해 과정, 응고 인자 중화 과정, pH 조절 과정, 온도 사이클링 과정, 시약 혼합 과정, 그리고 검사물 반응 과정 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 다른 가공 단계도 마찬가지로 고려될 수 있다. 가공 모듈(6)용으로 사용될 수 있는 시스템의 예시적인 구성 배열은 도 6 내지 도 9에 도시되어 있고 이하에서 더 상세히 설명될 것이다. 상기 시스템을 지원하는데 사용될 수 있는 예시적인 구성요소가 도 10 내지 도 11c 및 도 16 내지 도 18에 도시되어 있다. 게다가, 상기 가공 모듈을 작동하는 방법이 도 12 내지 도 15의 플로우챠트에 개략적으로 도시되어 있다. 다른 실시예에서, 휴대용 시스템(12)은 가공 모듈(6)을 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 휴대용 시스템(12)은 가공되지 않은 표본 또는 휴대용 시스템(12)에 독립적으로 미리 가공된 표본을 분석하도록 구성될 수 있다.

도 6은 유체 검사물 제조 시스템(fluid assay preparation system, 51)의 개략적인 도면을 도시하고 있고, 도 7은 유체 검사물 제조 시스템(51)을 위한 예시적인 구성 배열의 사시도를 도시하고 있다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 유체 검사물 제조 시스템(51)은 유체 표본을 제조 시스템(51) 내로 주입하는 표본 유입구(53)를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 유체 검사물 제조 시스템(51)은 유입구(53) 내로 주입되지 전에 표본을 가공하는 표본 가공 시스템(54)을 포함할 수 있다. 상기 제조 시스템은 도 13을 참조하여 아래 기재된 단계 중 특정 단계 또는 특정 상태 변환 단계를 실행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 습식 측벽 원심 분리식 집진 장치(wetted wall cyclone)가 가스 표본을 액체로 응축시키기 위해 고려될 수 있다. 유체 검사물 제조 시스템(51)은 상이한 시약들로 각각 채워진 복수의 용기를 포함하는 시약 팩(reagent pack, 56)을 추가적으로 포함한다. 또한 상기 시약 팩(56)은 유체 검사물 제조 시스템(51)에 의해 실행된 유체 검사 제조물로부터 폐기물 증기를 수용하는 하나 이상의 용기를 포함할 수 있다. 도 6에 표시된 시약들과 유체 검사물 제조 시스템(51)은 여기에 제한되어서는 안된다. 표본을 가공하기 위하여, 시약 팩(56)은 시약 수용 수용부(64) 내에 배열될 수 있고 다중-포트 밸브(58)에 연결될 수 있고, 상기 다중 포트 밸브는 이어서 유동 라인에 의해 반응 용기(60)에 연결될 수 있다. 게다가, 유입구(53)가 다중 포트 밸브(58)에 연결될 수 있다. 대체적인 실시예에서, 유체 검사물 제조 시스템(51)은 시약 팩(56) 용기 및/또는 유입구(53)에 각각 연결된 하나 이상의 별개의 밸브를 포함할 수 있다. 특정 경우에, 시약 팩(56)은 가공 모듈(6)에 의해 사용되기 전에 휴대용 시스템(12)의 시약 저장 모듈(4) 내에 저장될 수 있다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 유체 검사물 제조 시스템(51)은 전자 제어장치(66)와 다중 포트 밸브(58)에 연결된 펌프(62)를 추가적으로 포함할 수 있다. 다른 방법으로, 유체 검사물 제조 시스템(51)은 휴대용 시스템(12)의 펌프 모듈(8)을 사용할 수 있다. 각 경우에, 전자 제어장치(66), 펌프(62) 또는 펌프 모듈(8), 그리고 다중 포트 밸브(58)는, 유입구(53) 내에 주입된 표본과 시약 팩(56) 내의 시약이 바람직하게는 유체 검사물 제조 가공 과정 중 개별적인 단계에서 반응 용기 내로 주입될 수 있을 뿐만 아니라 반응 용기로부터 배출될 수 있도록 선택적으로 구성될 수 있다. 반응 용기(60)로의 그리고 반응 용기로부터의 시약의 예시적 인 전달 과정에 대한 더 자세한 설명은 도 12 내지 도 15를 참조하여 이하에 기재되어 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 유체 검사물 제조 시스템(51)은 전자 제어장치(66)에 연결된 저장 매체(68)을 추가적으로 포함할 수 있다. 일반적으로, 저장 매체(68)는, 도 12 내지 도 15에 도시된 플로우챠트를 참조하여 이하에서 기재된 단계들과 같은(하지만 이에 제한되지 않음) 유체 검사물의 제조 과정를 자동화시키는 프로세서에 의해 실행될 수 있는 프로그램 명령어를 포함할 수 있다. 상기 저장 매체는 ROM(read only memory), RAM(random access memory), 자기 또는 광학 디스크, 또는 자기 테이프를 포함할 수 있다(하지만 이에 제한되지 않음). 상기 프로그램 명령어는 무엇보다도 절차에 기초한 기술, 구성요소에 기초한 기술, 및/또는 객체 지향적 기술을 포함하도록 다양한 방식으로 실행될 수 있다. 예를 들어, 상기 프로그램 명령어는 Axtive X controls, C++ objects, JavaBeans, Microsoft Foundation Classes("MFC") 또는 다른 기술 또는 방법론을 사용하여 실행될 수 있다. 특정 실시예에서, 저장 매체(246)는 프로그램 명령어를 실행하는 프로세서를 포함할 수 있다. 그러나 다른 실시예에서, 저장 매체(246)는 프로세서에 (예를 들어, 전달 매체에 의해) 연결되도록 구성될 수 있다. 각 경우에, 상기 프로세서는, PC 시스템, 메인프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 네트워크 어플라이언스, 인터넷 어플라이언스, 개인 휴대용 정보 단말기(PDA), 디지털 시그널 프로세서(DSP), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array, FPGA) 또는 다른 장치를 포함하는 다양한 형태를 가질 수 있다. 일반적으로, 컴퓨터 시스템이란 용어는 메모리 매체로부터 명령어를 실행하는 하나 이상의 프로세서를 가지는 특정 장치를 포함하도록 포괄적으로 정의될 수 있다. 상기 저장 매체(68)는, 연결부분이 연결될 수 있고 또는 분리될 수 있다는 것을 나타내기 위하여 도 7의 점선에 의해 전자 제어장치(66)에 연결되어 있다.

특정 실시예에서, 유체 검사물 제조 시스템(51)은 다중 사용 작동하도록 구성될 수 있고, 따라서 재사용될 수 있다. 특히, 유체 검사물 제조 시스템(51)은 동일한 또는 상이한 구성의 다중 유체 검사물를 포함하도록 다중 유체 검사물를 제조하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 유체 검사물 제조 시스템(51)은 단일 사용 작동하도록 구성될 수 있고, 따라서 일회용으로 구성될 수 있다. 각 경우에, 시약 팩(56)은 단일 또는 다중 사용 작동하도록 구성될 수 있다. 상기와 같이, 시약 팩(56)은 일회용으로(즉, 단일 유체 검사물이 제조된 후 폐기될 수 있도록) 구성될 수 있고 또는 재사용가능하게(즉, 다중 검사물을 제조하기에 충분한 양의 시약을 포함함) 구성될 수 있다. 후자의 경우에, 상기 시약 팩(56)의 용기는 하나 이상의 시약이 소비된 후에 처분되도록 구성될 수 있고 또는 재충전되도록 구성될 수 있다. 각 실시예에서, 시약 팩(56)은 용이하게 교체가능하고 일반적으로 유지 및 생산에 비용이 적게 들 수 있다.

반응 용기(60)을 위한 예시적인 구성 배열이 도 8에 도시되어 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 반응 용기(60)는, 유체 검사물 제조 모듈(51)의 시약 팩(56) 및 유입구(53)로부터/로와 같이 반응 용기(60)로 및 반응 용기로부터 용액을 수용하고 이송시키는데 사용될 수 있는 주입/흡입 바늘을 포함할 수 있다. 반응 용기(60)는 분석 모듈 흡입 바늘을 추가적으로 포함할 수 있고, 상기 바늘은 마이크로유체 분석 모듈(5)로 용액을 이송하는데 사용될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 반응 용기(60)는 통풍구, 자석 액츄에이터 그리고 자석(70)을 추가적으로 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 반응 용기(60)는 초음파 분해 시스템(sonication system)을 추가적으로 포함할 수 있고, 또는 더 일반적으로 유체 검사물 제조 시스템(51)은 반응 용기(60) 근처에 초음파 분해 시스템을 포함할 수 있다. 유체 검사물를 제조하기 위하여 자석 액츄에이터와 자석을 사용하는 예시적인 방법이 도 9에 도시되어 있다. 특히, 도 9는 반응 용기 체적이 비어 있어서 어떠한 유체 표본 또는 시약도 반응 용기 체적에 주입되지 않은 상태를 나타내는 스냅 사진Ⅰ을 포함한다. 도 9는 반응 용기 체적에 유체 표본, 자기 입자 그리고 몇몇 경우에 하나 이상의 시약이 충전되어 있는 상태를 나타내는 스냅 사진Ⅱ를 추가적으로 도시한다. 도 9의 스냅 사진Ⅲ은 자기 입자를 고정시키기 위하여 반응 용기 체적 근처에서 작동되는 자석(70)을 도시하고, 도 9의 스냅사진Ⅳ는 상기 자기 입자가 고정될 때 유체가 제거된 반응 용기 체적을 도시한다. 유체 검사물의 제조 과정 동안의 작동과 같은 가능한 단계들에 대한 더 상세한 설명은 도 12 내지 도 15를 참고하여 이하에서 기재될 것이다.

도 10은 시약 팩 수용부(64)의 예시적인 구성 배열을 도시하고 있다. 특히, 도 10은 시약 팩(56)을 수용하기 위한 슬롯을 포함하는 시약 팩 수용부(64)를 도시하고 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 슬롯은, 시약 팩(56)의 용기에 구멍을 뚫는 격막 천공용 바늘을 포함할 수 있고 상기 시약이 다중 포트 밸브(58) 및/또는 상기 시약에 각각 연결된 특정 밸브로 이송되도록 한다. 상기 슬롯과 천공용 바늘은 용이한 분리 및 설치를 가능하게 하며 동시에 작동자가 유체 연결부를 만들 것을 요구하지 않는다. 특정 실시예에서, 시약 팩 수용부(64)가 앞뒤로 기울어질 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다. 특히, 특정 실시예에서, 시약 팩(56) 내에서 하나 이상의 시약을 교반하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 시약 팩 용기 내에서 쿵쿵 거리는 소음을 줄이기 위하여 용액 내에서 입자를 교반하는 것이 바람직하다. 이러한 교반 장치는 틸팅 메커니즘(tilting mechanism, 72)에 의해 시약 팩 수용부(64) 내에 결합될 수 있고, 상기 틸팅 메커니즘의 다양한 위치가 도 11a 내지 도 11c에 시약 팩 수용부(64)의 횡단면도에 도시되어 있다. 특정 실시예에서, 시약 팩(56)은 틸팅 메커니즘(72)의 교반 작동 중에 각 시약 내에 구성요소의 주요 부유물을 유지하기 위하여 하나 이상의 시약 용기 내에 작은 공기 방울을 포함할 수 있다. 특히, 공기 방울의 존재는 수반되는 슬러리(slurry) 내에 부유물을 유지시키기 위해 입자를 포함하는 시약용으로 바람직하다. 일반적으로, 틸팅 메커니즘(72)의 작동은 연속적이거나, 주기적이거나, 또는 산발적일 수 있다.

도 12 내지 도 15에는, 유체 검사물를 제조하는 예시적인 방법에 대한 플로우챠트가 도시되어 있다. 상기한 바와 같이, 여기서 기재된 시스템의 저장 매체는 프로그램 명령어를 포함할 수 있고, 상기 프로그램 명령어는 도 12 내지 도 15에 도시된 플로우챠트를 참고하여 이하에 기재된 단계(하지만 이에 제한되지 않음)와 같은 유체 검사물의 제조 과정을 자동화하는 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 따라서, 도 12 내지 도 15에 도시된 방법들은 "컴퓨터에 의해 실행되는 방법"이라고 할 수 있다. 여기서 "방법" 및 "컴퓨터에 의해 실행되는 방법"이라는 용어는 호환가능하게 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 특정 실시예에서, 상기 컴퓨터에 의해 실행되는 방법과 상기 시스템의 프로그램 명령어는 유체 검사물 제조 과정과 연관된 과정과는 다른 과정을 수행하도록 구성될 수 있고, 따라서 상기 컴퓨터에 의해 실행되는 방법과 상기 시스템의 프로그램 명령어는 도 12 내지 도 15의 도면에 제한되어서는 안된다는 점을 알아야 한다.

도 12에 도시된 바와 같이, 유체 검사물을 제조하는 방법은 유체 표본이 제1 자기 입자 세트와 혼합되는 과정인 블럭 80 단계를 포함할 수 있다. 도 12의 유체 검사물 제조 시스템(51)을 참고하면, 블럭 80의 과정은 유체 표본을 유입구(53) 내로 주입하는 단계와 상기 유체를 다중 포트 밸브(58)을 통하여 반응 용기(60)로 이송하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 과정들에 순차적으로 또는 동시적으로, 시약 팩(56)으로부터의 제1 자기 입자 세트가, 유체 표본과 혼합하기 위하여 다중 포트 밸브(58)을 통하여 반응 용기(60)로 이송될 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 유체 표본은 도 13을 참고하여 이하에서 기재될 가공 단계에 의해 미리 가공될 수 있다(즉, 시스템 내로 주입되기 전에 가공될 수 있음). 추가적으로 또는 대체적으로, 표본의 상태는 시스템 내로 주입되기 전에 변환될 수 있다. 예를 들어, 생물의 조직과 같은 고형체 표본은 완충제 내에서 부유될 수 있고, 또는 공기 표본은 액체로 응축될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 유체 표본은 시스템 내로 주입되기 전에 가공되지 않을 수 있다. 이러한 경우에, 특정 실시예에서 유체 검사물 제조 시스템(51)은 도 13을 참고하여 이하에 기재된 몇몇 단계를 실행하도록 구성될 수 있 다. 예를 들어 몇몇 경우에 유입구(53)는 여과기를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 시약 팩(56)은 유체 표본 내에서 세포를 용해하는 용해제를 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 특히 유체 검사물 제조 시스템(51)은 일정 배양 시간 후에 세포가 분해되는 것을 보증하기 위하여 초음파 분해 시스템을 포함하는 것이 바람직하다.

유체 표본을 가공용으로 공지된 다른 시약들이 추가적으로 또는 대체적으로 조직 또는 유체 표본을 가공하는데 특정적인 시약 팩과 같은(하지만 이에 제한되지 않음), 블럭 80 과정 동안 자기 입자와 유체 표본을 혼합하는 시약 팩(56) 내에 포함될 수 있다. 결국, 여기에 기재된 방법들과 시스템들은 상기 과정에 제한되어서는 안된다. 특정 경우에, 유체 검사물 제조 시스템(51) 내에 상기 가공 단계를 결합시킴으로써 표본 가공의 자동화 및 검사물 제조 과정의 자동화와 같은 두 가지 가공 과정을 실행하기 위한 가공 모듈(6)의 기능성을 확대할 수 있다. 표본 가공 과정은 가공되지 않은 표본을 요구된 검사물에 호환가능한 형태로 변환시키는 과정이다. 검사물 제조 과정으로 인해 변환된 표본이 획득되고 입자에 기초한 검사물이 형성된다.

일반적으로, 블럭 80 과정에서 유체 표본과 혼합하기 위해 언급된 제1 자기 입자 세트는 자기 입자에서 요구되는 작용제를 포획하기 위하여 유체 표본과 반응하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 특정 경우에, 제1 자기 입자 세트는 유체 표본에서 핵산을 포획하도록 구성될 수 있다. 상기와 같은 과정은 도 14에 도시된 핵산 검사물 플로우챠트에 설명되어 있고 이하에서 더 상세히 설명될 것이다. 다른 방법 으로, 제1 자기 입자 세트는 (조직 또는 혈액과 같은) 생물의 표본에 위치된 항원을 포획하도록 구성될 수 있다. 이러한 과정은 도 15에 도시된 면역 검사에 설명되어 있고 이하에서 더 상세히 설명될 것이다. 자기 입자는 여기서 시약으로 인용되어 있고, 따라서 시약 팩(56)이 유체 검사물를 제조하기 위해 저장하도록 구성될 수 있는 시약으로 구성될 수 있다. 더 명확하게는, 여기서 사용되는 "시약"이라는 용어는 일반적으로 화학적 또는 생물학적 활동성으로 인해 생산물을 제조하는데 사용되는 물질을 의미한다.

블럭 80에 기재된 과정을 위해 미리 결정되어 있는 (검사물 특정적일 수 있는) 배양 시간 후에, 상기 방법은 제1 자기 입자 세트가 자기장에 고정되는 과정을 나타내는 블럭 81에서 계속될 수 있다. 상기 과정은, 유체 검사물 제조 시스템(51)에 있는 하나 이상의 자석이 반응 용기(60) 근처에 연결된 액츄에이터를 이동시키는 과정을 포함할 수 있다. 이어서, 상기 방법은 유체가 제1 자기 입자 세트에서 분리되는 과정을 나타내는 블럭 82에서 계속될 수 있다. 특히, 유체 검사물 제조 시스템(51)은 압력 용기(60)에서 반응하지 않은 유체 표본을 제거하기 위해 작동될 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 방법은 블럭 84에 도시된 바와 같이 유체 표본에서 자기 입자를 분리시킨 후 제1 자기 입자 세트로 상이한 유체 시약을 계속해서 혼합할 수 있다. 이러한 경우에, 자기 입자와 혼합한 후에, 상기 방법은 제1 자기 입자 세트에서 상이한 유체 시약을 분리하기기 위해 자기 입자를 고정하는 단계를 반복할 수 있다. 예를 들어, 특정 경우에, 세척 용액이 자기 입자에 미리 혼합된 유체 표본의 비반응 구성요소를 제거하기 위하여 제1 자기 입자 세트에 혼합될 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 다른 시약들이 예를 들어 핵산 검사물용 핵산과 같은 분석을 위해 요구되는 구성요소를 제거하기 위해 제1 자기 입자 세트에 혼합될 수 있다. 다른 실시예에서, 시약들은 예를 들어 면역 검사와 같은 이후의 분석을 위해 자기 입자에 구성요소를 첨가하도록 제1 자기 입자 세트에 혼합될 수 있다.

각 경우에, 특정 실시예에서, 제1 자기 입자 세트는 블럭 82와 블럭 89 사이의 경로에 의해 도시된 바와 같이 분석될 수 있다. 이러한 경우에, 블럭 89의 과정은 마이크로유체 분석 모듈(5)로 제1 자기 입자 세트를 이동시키는 과정을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 방법은 대체적으로 도 12에 도시된 플로우챠트의 블럭 86에 도시된 바와 같이 제1 자기 입자 세트(블럭 82 참고)로부터 분리된 용액을 별개의 제2 자기 입자 세트에 혼합할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 핵산 검사(블럭 82 참고)에서 제1 자기 입자 세트에서 분리된 핵산은 PCR 과정을 시작하기 위하여 PCR 시약에 혼합될 수 있고, 상기 PCR 과정은 도 14를 참고하여 이하에서 더 상세히 설명될 것이다. 이러한 경우에, 상기 방법은 유체가 제2 자기 입자 세트에서 분리되는 것을 나타내는 블럭 87을 계속하고, 상기 블럭 87은 제2 자기 입자 세트를 고정하는 과정과 잔여 유체를 제거하는 과정을 포함할 수 있다. 특정 경우에, 제2 자기 입자 세트를 고정하는 과정은 제1 자기 입자 세트를 고정하는데 사용된 동일한 자석을 사용할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 제2 자기 입자 세트는 유체 검사물 제조 시스템(51) 내에서 상이한 자석으로 고정될 수 있다. 이어서, 제2 자기 입자 세트는 블럭 82와 블럭 89 사이의 경로에 의해 도시된 바와 같이 분석될 수 있다. 제2 자기 입자 세트를 분석하는 절차는 일반적으로 제1 자기 입자 세트를 분석하기 위해 기재된 범위 내에 있을 수 있다.

상기한 바와 같이, 도 13은 유체 검사물 제조 시스템(51) 내로 주입되기 전에 또는 주입되고 난 후에 유체 표본을 가공하는데 사용될 수 있는 예시적인 단계의 플로우챠트를 설명한다. 특히, 도 13은 유체 표본이 어떻게 가공되는지에 대하여 고려될 수 있는 몇몇 결정들을 개략적으로 설명한다. 예를 들어, 상기 플로우챠트는 수집된 표본이 농축될 필요가 있는지 여부를 결정하는 블럭 90을 포함한다. 표본이 농축될 필요가 있는 실시예의 예는 표본 체적이 감소되어야 할 때 및/또는 상기 표본 내에서 분석물의 농도가 너무 낮을 것으로 예상될 때이다. 도 13은 수집된 표본이 여과될 필요가 있는지 여부를 결정하는 블럭 92를 추가적으로 포함한다. 대상이 아닌 또는 표본의 분석을 방해할 수 있는 입자들을 제거하기 위하여 여과 과정은 바람직하다. 상기 과정에 추가적으로, 도 13은, 분석을 위하여 세포 내의 물질이 접근될 수 있도록 하기 위하여 제조된 검사물이 수집된 표본의 세포를 용해할 필요가 있는지 여부를 결정하는 블럭 94를 포함한다. 도 12를 참고하여 상기한 바와 같이, 상기 용해 과정은 일련의 자기 입자에 유체 표본을 혼합하기 전에 또는 혼합한 후에 실행될 수 있다. 블럭 90, 92 및 94의 결정 후에, 상기 플로우챠트는 어떤 유형의 검사물이 실행될 수 있을지에 대한 결정을 나타내는 블럭 96을 포함한다. 도 13에 도시된 플로우챠트는, 핵산 검사물 또는 면역 검사물(단백질에 기초한)이 제조될 수 있는지를 개략적으로 설명한다. 두 가지 유형의 모든 검사물을 위한 예시적인 방법을 개략적으로 설명하는 플로우챠트는 도 14 및 도 15에 각각 도 시되어 있고, 이하에서 더 상세히 설명될 것이다. 도 14 및 도 15를 참고하여 기재된 방법은 여기서 기재된 시스템 구성 배열 중 특정 구성 배열에 의해 실행될 수 있다는 점을 알아야 한다.

도 14의 블럭 100에 도시된 바와 같이, 핵산 검사물를 제조하는 과정은 고정되거나 고정될 수 있는 자기 입자와 같은 담체에 핵산을 포획하는 과정을 포함할 수 있다. 그 후, 블럭 102에 도시된 바와 같이, 핵산 담체는 고정될 수 있고 나머지 표본은 폐기된다. 특정 경우에, 상기 핵산 담체는 표본을 폐기한 후에 세척될 수 있다. 상기 과정은 도 14에 도시되어 있지 않지만, 상기 실시예에서 반드시 생략되는 것은 아니다. 블럭 104 및 블럭 106에서, 핵산이 담체에서 분리될 필요가 있는지 여부에 대하여 결정되고, 분리될 필요가 있는 경우, 핵산은 담체에서 분리된다. 상기 경우에, 용액 또한 입자로부터 핵산을 제거하기 위해 가열될 수 있고, 결국 특정 실시예에서 유체 검사물 제조 시스템(51)은 보조 가열기를 포함할 수 있다. 블럭 100, 102, 104 및 106에 대한 과정은 일반적으로 반응 용기(60)에서의 가공 과정과 관련하여 상기한 바와 같이 유체 검사물 제조 시스템(51)에 의해 실행될 수 있다. 블럭 104 및 블럭 106 후에, 상기 방법은 RNA를 DNA로 전환하는 역전사가 실행될 필요가 있는지에 대한 결정과, 필요가 있는 경우 상기 역전사가 블럭 110에서 실행되는 것을 나타내는 블럭 108 및 블럭 110을 계속해서 수행할 것이다.

그 후, 블럭 112에서 개략적으로 도시된 바와 같이 실시간 관찰(분석)이 DNA 증폭과 함께 실행되는지 여부를 결정한다. 상기 결정이 실시간 관찰과 함께 진행한다면, PCR 과정이 텍사스주의 오스틴에 있는 Luminex Corporation에 의해 제공될 수 있는 PCR 용액으로 실행된다. 상기 PCR 과정은 블럭 114에 개략적으로 나타나 있고, DNA를 증폭시키고, 입자에 보고 태그(reporter tag)를 주입하며, 상기 입자를 분석하는 복수의 단계 116과 함께 상기 PCR 과정이 동시에 형성될 수 있다. 실시간 관찰에 앞서 결정된다면, 상기 PCR 과정이 실행되는 것이 아니라, 복수의 단계 116이 실행되고 입자들이 분석을 위해 제조될 때, 입자들은 마이크로유체 분석 모듈(5)로 분석된다. 각 경우에, 분석 결과는 블럭 119에 도시된 바와 같이 디스플레이 장치(2)에 디스플레이될 수 있다. 일반적으로, 상기 RNA에서 DNA로의 역전사 과정, PCR 과정, 그리고 복수의 단계 116은 반응 용기(60)에서의 가공 과정에 대하여 상기한 바와 같이 유체 검사물 제조 시스템(51)에 의해 실행될 수 있다. 상기 유체 검사물 제조 시스템(51)이 다중 사용 작동하도록 구성되는 경우에, 상기 방법은 새로운 표본용 유체 검사물 제조 시스템/모듈(APM)을 재설정하는 것을 나타내는 블럭 118을 계속해서 수행할 것이다.

도 15는 면역 검사물을 제조하는 예시적인 과정의 플로우챠트를 도시하고 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 방법은 유체 표본이 항체가 부착되게 하는 자기 입자에 혼합되는 것을 나타내는 블럭 120을 포함할 수 있다. 검사물 특정적인 배양 주기 후에, 상기 자기 입자는 블럭 122에 표시된 바와 같이 고정되어 세척되고, 이어서 추가 항체가 블럭 124에 표시된 바와 같이 첨가된다. 이어서, 상기 방법은 자기 입자가 다시 고정되고 세척되는 것을 나타내는 블럭 126을 계속해서 수행한다. 항체에 표지가 부착될 필요가 있는지 여부에 대한 결정이, 표지 부착이 필요한 경우 적절한 단계에 의해 수반되는 블럭 128에 도시되어 있다. 그 후, 상기 입자들은 블럭 130에 도시된 바와 같이 마이크로유체 분석 모듈(5)로 보내진다. 일반적으로, 차츰 블럭 130에 이르는 가공 단계들 각각은 (즉, 블럭 120, 122, 124, 126 및 128) 반응 용기(60)에서의 가공 과정에 관하여 상기한 바와 같이 유체 검사물 제조 시스템(51)에 의해 실행될 수 있다. 유체 검사물 제조 시스템(51)가 다중 사용 작동하도록 구성되는 경우에, 상기 방법은 블럭 130 후에 새로운 표본용 유체 검사물 제조 시스템/모듈(APM)을 재설정하는 과정을 포함할 수 있다.

가공 모듈(6)과 함께 사용될 뿐만 아니라, 도 6 내지 도 10에 관하여 기재된 시약 카트리지 또한 표본을 획득하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 16은 상기 카트리지로 직접 표본 추출법을 가능하게 하는 반응 카트리지의 변형 실시예를 도시하고 있다. 도 16에 도시된 카트리지는 환자의 피부에 반하여 현미침 어레이(microneedle array, 98)를 눌러서 혈액 수집 체적(96)에 걸쳐 표본을 획득하도록 구성된다. 시스 유체가 시스 유입구(100)를 통하여 반응 용기에 주입될 수 있고, 상기 표본은 표본 배출구(102)를 통하여 반응 용기로부터 제거될 수 있다. 시스 유입구(100)와 표본 배출구(102)는 당해 기술 분야에서 공지된 적절한 구성 배열을 가질 수 있다. 상기 반응 카트리지는 또한 분리가능한 밀봉부(104)를 포함할 수 있고, 상기 밀봉부는 여기에 기재된 바와 같이 구성될 수 있다. 상기 표본은 시약 카트리지 수용부에 의한 추출을 위해 상기 현미침 어레이에서 유지 챔버(holding chamber)로 흐르고, 이러한 실시예 중 하나는 도 17에 도시되어 있다. 특히, 도 17은 현미침으로 반응 카트리지의 작동을 도시한다. 특히, 현미침 카트리지는 마이크로카트리지(106)에 의해 도시된 바와 같이 처음에 밀봉되어 있을 수 있 다. 상기 마이크로카트리지의 상부 밀봉부(108)는 현미침(110)을 노출시키기 위해 제거된다. 상기 카트리지의 현미침 영역은 이때 환자의 피부에 반하여 눌러진다. 상기 현미침 카트리지는 마이크로카트리지(112)로 도시된 바와 같이 표본이 획득된 후에 재밀봉된다. 이때, 상기 현미침 카트리지는 분석을 위해 수용 모듈에 위치된다. 상기 카트리지를 상기 수용부에 위치시킴으로써 상기 카트리지의 밀봉부를 뚫는 두 개의 바늘(116, 118)을 작동시킨다. 하나의 바늘은 시스 유체를 상기 카트리지에 주입하는 반면에, 나머지 바늘은 시스 유체가 결합된 유동과 표본을 수용한다. 도 16에 도시된 카트리지는 단지 상기 방법과 같이 반응 카트리지 위로 표본을 통과시키는 구성성분을 가지는 표본이거나 또는 내부적으로 표본을 가공하는 시약을 포함할 수 있다.

생물학적 검출시 사용되는 시약들은 저장될 때 냉장되거나 냉동되어야 할 경우가 종종 있다. 이러한 시약들이 사용되는 경우, 상기 실시예는 시약 저장 모듈(4)을 위해 냉장 유닛이 장착된 휴대용 시스템(12)을 포함할 수 있다. 시약 저장 모듈의 일 실시예는 도 18에 도시되어 있고, 상기 모듈은 시약들을 저장하고 냉장보관할 수 있고 연동 장치(interlock)와 표지 시스템을 제공하고 있어 사용된 시약이 돌발적으로 한번 더 사용되지 못하게 한다. 예를 들어, 도 18에 도시된 바와 같이, 상기 시약 저장 모듈은 검출기 시약 저장부(120)를 포함할 수 있고, 상기 검출기 시약 저장부는 당해 기술 분야에서 공지된 적절한 구성 배열을 가질 수 있다. 도 18에서, 상기 시약 저장 모듈은 (좌측 도면에서) 분리된 카트리지(122)로 그리고 (우측 도면에서) 삽입된 카트리지(122)로 도시되어 있다. 게다가, 상기 시약 저 장 모듈은 각 반응 카트리지를 위해 하나 이상의 표지를 포함하는 표지 패널(124)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 표지 패널은 각 반응 카트리지용 표지(126)를 포함할 수 있다. 상기 표지는 시약 저장 모듈에서 시약 카트리지의 상태에 따라 변화될 수 있다. 예를 들어, 적색광은 사용된 카트리지를 표시할 수 있고, 점등되지 않은 표지는 시약 카트리지가 빠져있다는 것을 표시할 수 있으며, 녹색 표지는 새 시약 카트리지를 표시할 수 있다. 도 18에 도시된 상기 시약 저장 모듈이 특정 수의 반응 카트리지를 저장하도록 구성되지만, 상기 시약 저장 모듈은 적절한 수의 반응 카트리지를 저장하도록 구성될 수 있다는 것을 알아야 한다.

상기 실시예는 표본의 측정을 실행하도록 구성된 다른 시스템보다 많은 장점을 제공한다. 예를 들어, 상기 실시예는 주위 환경에 실질적으로 거의 영향을 받지 않는다. 게다가, 상기 실시예는 제조하는데 많은 시간이 소요되지 않는다. 게다가, 상기 실시예는 작동하기가 상대적으로 간단하며 숙련되지 않은 사용자에 의해서도 사용될 수 있다. 게다가, 상기 실시예는 상대적으로 저가이며, 하나 이상의 표본을 미리 가공하기 위하여 상당한 실험 자원을 필요로 하지 않고도 측정을 실행할 수 있다. 게다가, 상기 실시예는 설계에 있어 상대적으로 유연하여 단일 시스템이 상이한 적용예를 위해 사용될 수 있다.

본 발명의 다양한 관점의 추가적인 수정 실시예와 대체 실시예는 상기 설명에 기초하여 당해 분야에서 숙련된 당업자에게 명백하다. 따라서, 상기 설명은 단지 예증적인 것으로서 해석될 수 있고, 상기 설명은 당해 기술 분야에서 숙련된 당업자에게 본 발명을 실행하는 일반적인 방식을 가르치는 것을 목적으로 한다. 상기 한 그리고 도시된 본 발명의 형태는 현재의 바람직한 실시예로서 취급되어야 한다는 점을 알아야 한다. 구성요소들과 물질들은 상기한 것들과 도시된 것들로 대체될 수 있고, 일부분들과 과정들은 역순으로 될 수 있으며, 본 발명의 어떤 특징들은 독립적으로 사용될 수 있고, 이는 이러한 모든 사항들이 본 발명의 상기 설명의 장점을 가지고 당해 기술 분야에서 숙련된 당업자에게 명백할 것이기 때문이다. 이하의 청구항에 기재된 바와 같이 본 발명의 범위와 기술적 사상을 벗어나지 않고 여기에 기재된 구성요소들을 변화시킬 수 있다.

Claims

생물학적 표본 또는 환경 표본을 가공하여 분석하는 휴대용 시스템으로서,

형광성 표지가 부착된 입자를 사용하여 표본을 유체 검사물로 가공하도록 구성된 자동화된 검사물 제조 모듈과;

칩에 기초한 유세포분석기를 포함하는, 상기 자동화된 검사물 제조 모듈에 연결된 마이크로유체 분석 모듈로서, 상기 칩에 기초한 유세포분석기는, 상기 유세포분석기를 통과하도록 상기 유체 검사물을 포함하는 유체 스트림을 이송하기 위한 채널이 배열된 고정 기판과, 상기 채널의 탐색 영역 쪽으로 빛을 향하게 하도록 구성된 광원 시스템 및 광학 시스템을 포함하는 조명 서브시스템을 구비하는 마이크로유체 분석 모듈;을 포함하는 휴대용 시스템.
제1항에 있어서,

상기 칩에 기초한 유세포분석기는, 상기 유체 검사물을 수용하는 제1 유입 도관과; 시스 유체를 수용하는 별개의 제2 유입 도관과; 상기 제1 유입 도관과 상기 제2 유입 도관에 연결된 유체 유동 챔버로서, 상기 시스 유체 내에 상기 유체 검사물을 구속함으로써 상기 유체 스트림을 생성하도록 구성된 유체 유동 챔버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 시스템.
제2항에 있어서,

상기 유체 유동 챔버는, 유체 스트림의 유동에 직각인 수직 방향 치수가 약 80 미크론까지인 제1 치수와; 유체 스트림의 유동에 직각인 수평 방향 치수가 약 25 미크론까지인 제2 치수;를 가지는 유체 검사물을 사용하여 상기 유체 스트림을 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 시스템.
제2항에 있어서,

상기 칩에 기초한 유세포분석기는, 형광성 표지가 부착된 입자에서 방출된 형광을 수집하도록 구성된 집광 시스템과; 상기 수집된 형광을 분석하기 위해 연결된 조사 시스템;을 포함하는 측정 서브시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 시스템.
제4항에 있어서,

상기 제1 도관, 제2 도관, 유체 유동 챔버, 채널, 그리고 상기 집광 시스템 중 둘 이상의 렌즈는 상기 고정 기판에 고정되도록 배열되는 것을 특징을 하는 휴대용 시스템.
제5항에 있어서,

상기 조명 서브시스템과 상기 측정 서브시스템은, 서로에 대해 그리고 상기 고정 기판에 대해 고정되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 휴대용 시스템.
제4항에 있어서,

상기 집광 시스템은, 상기 형광성 표지가 부착된 입자에서 방출된 빛이 상기 집광 시스템의 검출기로 향하게 하는 비구면 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 시스템.
제1항에 있어서,

상기 검사물 제조 모듈은, 형광성 표지가 부착된 자기 입자를 사용하여 표본을 유체 검사물로 가공하도록 구성되고; 상기 유세포분석기는, 상기 형광성 표지가 부착된 자기 입자가 상기 유체 스트림의 미리 결정된 영역 내에 흐르도록 하기 위하여 상기 채널 중 적어도 일 부분에 걸쳐 자기장을 유도하는 수단을 포함하는 것;을 특징으로 하는 휴대용 시스템.
제1항에 있어서,

상기 채널, 광원 시스템, 그리고 광학 시스템은 서로 직각으로 배열되는 것을 특징으로 하는 휴대용 시스템.
제4항에 있어서,

상기 광원 시스템은, 광원 시스템 내의 각 광원이 빛을 탐색 영역 내의 상이한 지점으로 향하게 하도록 구성되고; 상기 집광 시스템은, 상기 다른 지점 각각에서 상기 형광성 표지가 부착된 입자로부터 방출된 형광이 상기 집광 시스템의 상이 한 검출기에 의해 수집되도록 구성되는 것;을 특징으로 하는 휴대용 시스템.
제10항에 있어서,

상기 하나 이상의 광원 각각은, 다른 각각의 광원과 상이한 파장 범위 내의 빛을 방출하는 것을 특징으로 하는 휴대용 시스템.
제10항에 있어서,

상기 집광 시스템은, 각각의 상이한 지점에서 방출된 빛을 상기 집광 시스템의 상이한 검출기로 향하게 하는 상이한 집광 렌즈 세트를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 시스템.
유체 표본 분석 시스템으로서,

상기 시스템을 통과하도록 자기 입자를 포함하는 유체 표본을 이송하는 채널과;

상기 자기 입자가 상기 유체 표본의 미리 결정된 영역 내에 흐르도록 하기 위하여 상기 채널 중 적어도 일 부분에 걸쳐 자기장을 유도하는 수단과;

빛을 상기 채널의 탐색 영역 쪽으로 향하게 하도록 구성된 광원 시스템 및 광학 시스템을 포함하는 조명 서브시스템과;

자기 입자에서 방출된 형광을 수집하도록 구성된 집광 시스템과, 상기 수집된 형광을 분석하는 조사 시스템을 포함하는 측정 서브시스템;을 포함하는 유체 표 본 분석 시스템.
제13항에 있어서,

상기 자기장 유도 수단은 상기 유체 채널 주위에 감긴 솔레노이드 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 표본 분석 시스템.
제13항에 있어서,

상기 유체 표본을 수용하는 제1 유입 도관과; 시스 유체를 수용하는 별개의 제2 유입 도관과; 상기 제1 유입 도관과 상기 제2 유입 도관에 연결되는 유체 유동 챔버로서, 상기 시스 유체 내에 상기 표본 유체를 구속하도록 구성되고, 혼합된 유체를 수용하는 채널에 연결되는 유체 유동 챔버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 표본 분석 시스템.
제15항에 있어서,

상기 자기장 유도 수단은, 상기 유체 유동 챔버에서 시작하여 상기 탐색 영역을 지나서 뻗어 있는 상기 채널 중 일 부분에 걸쳐 자기장을 유도하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유체 표본 분석 시스템.
제15항에 있어서,

상기 유체 유동 챔버는, 상기 유입 도관으로부터의 표본 유체의 직경의 10 배수 미만까지로 한정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유체 표본 분석 시스템.
칩에 기초한 유세포분석기로서,

형광성 표지가 부착된 입자를 포함하는 유체 표본을 수용하는 제1 유입 도관과;

시스 유체를 수용하는 제2 유입 도관과;

상기 제1 유입 도관과 상기 제2 유입 도관에 연결된 유체 유동 챔버로서, 상기 유체 유동 챔버는 상기 시스 유체 내에 구속된 표본 유체를 사용하여 유체 스트림을 생성하도록 구성되고, 상기 구속된 표본 유체는 상기 유체 스트림의 유동에 직각인 수직 방향의 치수가 약 80 미크론까지인 제1 치수와 상기 유체 스트림의 유동에 직각인 수평 방향의 치수가 약 25 미크론까지인 제2 치수를 가지는 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 유체 유동 챔버와;

상기 유세포분석기를 통과하도록 유체 스트림을 이송하는, 상기 유체 유동 챔버에 연결된 채널과;

빛을 상기 채널의 탐색 영역 쪽으로 향하게 하도록 구성된 광원 시스템 및 광학 시스템을 포함하는 조명 서브시스템과;

상기 형광성 표지가 부착된 입자에서 방출된 형광을 수집하도록 구성된 집광 시스템과, 상기 수집된 형광을 분석하는 조사 시스템을 포함하는 측정 서브시스템;을 포함하는 칩에 기초한 유세포분석기에 있어서,

상기 제1 도관, 제2 도관, 유체 유동 챔버, 채널, 그리고 상기 집광 시스템 의 둘 이상의 렌즈는 상기 칩에 기초한 유세포분석기 내에 포함된 고정 기판에 고정되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 칩에 기초한 유세포분석기.
제18항에 있어서,

상기 조명 서브시스템과 상기 측정 서브시스템은, 서로에 대해 그리고 상기 기판에 대해 고정되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 칩에 기초한 유세포분석기.
유체 표본 분석 시스템으로서,

상기 유체 표본 분석 시스템을 통과하도록 형광성 표지가 부착된 입자를 포함하는 유체 표본을 이송하는 채널과;

빛을 상기 채널의 탐색 영역 쪽으로 향하게 하도록 구성된 광원 시스템 및 광학 시스템을 포함하는 조명 서브시스템과;

상기 형광성 표지가 부착된 입자에서 방출된 형광을 수집하도록 구성된 비구면 거울과, 상기 수집된 형광을 분석하는 조사 시스템을 포함하는 측정 서브시스템;을 포함하는 유체 표본 분석 시스템.
제20항에 있어서,

상기 비구면 거울은 반사 방지막으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 유체 표본 분석 시스템.
제21항에 있어서,

상기 반사 방지막은, 방출된 형광을 반사하되, 산란광을 반사하지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유체 표본 분석 시스템.
제21항에 있어서,

상기 반사 방지막은, 산란광과 방출된 형광 모두를 반사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유체 표본 분석 시스템.
칩에 기초한 유세포분석기로서,

상기 유세포분석기를 통과하도록 형광성 표지가 부착된 입자를 포함하는 유체 표본을 이송하는 채널과;

광원 시스템 내의 각 광원이 빛을 탐색 영역 내의 상이한 지점으로 향하게 하도록 구성된 광원 시스템 및 광학 시스템을 포함하는 조명 서브시스템과;

집광 시스템으로서 상기 다른 지점 각각에서 상기 형광성 표지가 부착된 입자로부터 방출된 형광이 상기 집광 시스템의 상이한 검출기에 의해 수집되도록 구성된 집광 시스템과, 상기 수집된 형광을 분석하는 조사 시스템을 포함하는 측정 서브시스템;을 포함하는 칩에 기초한 유세포분석기.
제24항에 있어서,

상기 광원 시스템은 세 개 이상의 상이한 광원을 포함하는 것을 특징으로 하 는 칩에 기초한 유세포분석기.
제24항에 있어서,

상기 하나 이상의 광원 각각은, 다른 각각의 광원과 상이한 파장 범위 내의 빛을 방출하는 것을 특징으로 하는 칩에 기초한 유세포분석기.
제24항에 있어서,

상기 집광 시스템은, 상이한 지점에서 방출된 빛을 상기 집광 시스템의 상이한 검출기로 향하게 하는 상이한 집광 렌즈 세트를 포함하는 것을 특징으로 하는 칩에 기초한 유세포분석기.