KR20090105934A - 향상된 샘플 처리 장치, 시스템 및 방법 - Google Patents

향상된 샘플 처리 장치, 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20090105934A
KR20090105934A KR1020097015248A KR20097015248A KR20090105934A KR 20090105934 A KR20090105934 A KR 20090105934A KR 1020097015248 A KR1020097015248 A KR 1020097015248A KR 20097015248 A KR20097015248 A KR 20097015248A KR 20090105934 A KR20090105934 A KR 20090105934A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
chamber
process chamber
channel
sample
valve
Prior art date
Application number
KR1020097015248A
Other languages
English (en)
Inventor
윌리암 베딩햄
크리스토퍼 알. 코카이셀
피터 디. 루도와이즈
배리 더블유. 로볼
Original Assignee
쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 filed Critical 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Publication of KR20090105934A publication Critical patent/KR20090105934A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502738—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by integrated valves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/44—Sample treatment involving radiation, e.g. heat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/65—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms the materials to be mixed being directly submitted to a pulsating movement, e.g. by means of an oscillating piston or air column
    • B01F31/651—Mixing by successively aspirating a part of the mixture in a conduit, e.g. a piston, and reinjecting it through the same conduit into the receptacle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30—Micromixers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/71—Feed mechanisms
    • B01F35/717—Feed mechanisms characterised by the means for feeding the components to the mixer
    • B01F35/71725—Feed mechanisms characterised by the means for feeding the components to the mixer using centrifugal forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0647—Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
    • B01L2200/0668—Trapping microscopic beads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0684—Venting, avoiding backpressure, avoid gas bubbles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0803—Disc shape
    • B01L2300/0806—Standardised forms, e.g. compact disc [CD] format
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0409—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces centrifugal forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
    • B01L2400/0677—Valves, specific forms thereof phase change valves; Meltable, freezing, dissolvable plugs; Destructible barriers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/50273—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the means or forces applied to move the fluids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/0318—Processes
    • Y10T137/0324—With control of flow by a condition or characteristic of a fluid
    • Y10T137/0329—Mixing of plural fluids of diverse characteristics or conditions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/0753—Control by change of position or inertia of system
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/7722—Line condition change responsive valves
    • Y10T137/7758—Pilot or servo controlled

Abstract

샘플 물질을 처리하는 장치, 시스템 및 방법을 제공한다. 샘플 물질은 샘플 물질의 가열 중에 회전하는 장치의 복수의 공정 챔버 내에 위치될 수 있다. 장치는 불투과성 멤브레인을 포함하는 밸브를 채널에 포함할 수 있으며, 멤브레인은 전자기 에너지를 사용하여 상기 멤브레인에 공극을 형성시킴으로써 개방될 수 있다.
샘플, 공정 챔버, 불투과성, 멤브레인, 전자기, 공극

Description

향상된 샘플 처리 장치, 시스템 및 방법{ENHANCED SAMPLE PROCESSING DEVICES, SYSTEMS AND METHODS}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되고 2006년 12월 22일자로 출원되고 발명의 명칭이 "향상된 샘플 처리 장치, 시스템 및 방법(ENHANCED SAMPLE PROCESSING DEVICES, SYSTEMS AND METHODS)"인 미국 가특허출원 제60/871,620호의 35 U.S.C. § 119(e)에 의거한 이익을 주장한다.
본 발명은 유전 물질의 증폭에 사용되는 방법 등과 같은, 샘플 물질 처리용 장치, 방법 및 시스템에 관한 것이다.
많은 다양한 화학적, 생화학적 및 기타 반응은 온도 변화에 민감하다. 유전자 증폭 분야에서의 열적 공정의 예로는 폴리머라아제 연쇄 반응(Polymerase Chain Reaction, PCR), 생거 서열결정(Sanger sequencing) 등을 들 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 반응은 관련 물질의 온도에 기초하여 증진되거나 억제될 수 있다. 샘플을 개별적으로 처리하여 정확한 샘플 대 샘플 결과를 얻는 것이 가능할 수도 있지만, 개별적인 처리는 시간 소모적이고 고비용일 수 있다.
다수의 샘플을 열에 의해 처리하는 시간 및 비용을 감소시키는 것에 대한 하 나의 접근법은 하나의 샘플의 상이한 부분들 또는 상이한 샘플들이 동시에 처리될 수 있는 다중 챔버를 포함하는 장치를 사용하는 것이다. 그러나, 여러 반응이 상이한 챔버에서 수행될 때, 한 가지 중요한 문제는 챔버간 온도 균일성의 정확한 제어일 수 있다. 챔버들 사이의 온도 변동은 그릇된 또는 부정확한 결과를 초래할 수 있다. 몇몇 반응에서, 예를 들어 정확한 결과를 얻기 위해 챔버간 온도를 ±1℃ 이하의 범위 내로 제어하는 것이 중요할 수 있다.
정확한 온도 제어에 대한 필요성은 원하는 온도를 각각의 챔버에서 유지시킬 필요성으로 나타낼 수 있거나, 이는 온도 변화, 예를 들어 챔버 각각의 온도를 원하는 설정점으로 상승 또는 저하시키는 것을 포함할 수 있다. 온도 변화를 수반하는 반응에서, 각각의 챔버에서 온도가 변화하는 속도 또는 비율도 또한 문제를 야기시킬 수 있다. 예를 들어, 느린 온도 전이는 중간 온도에서 원하지 않는 부반응(side reaction)이 일어나면 문제일 수 있다. 대안적으로, 너무 빠른 온도 전이는 다른 문제를 초래할 수 있다. 결과적으로, 직면할 수 있는 다른 문제는 동등한 챔버간 온도 전이율이다.
챔버간 온도 균일성 및 동등한 챔버간 온도 전이율에 더하여, 열 사이클링을 필요로 하는 반응에서 직면할 수 있는 다른 문제는 공정 전반의 전체 속도(overall speed)이다. 예를 들어, 고온과 저온 사이에서의 수 회의 전이를 필요로 할 수 있다. 대안적으로, 3가지 이상의 원하는 온도들 사이에서의 여러 전이(상승 및/또는 저하)를 필요로 할 수 있다. 몇몇 반응에서, 예를 들어 폴리머라아제 연쇄 반응(PCR)에서, 열 사이클링은 최대 30회 이상 반복되어야 한다. 그러나, 챔버간 온 도 균일성 및 동등한 챔버간 온도 전이율의 문제를 해소하고자 하는 열 사이클링 장치 및 방법은 전형적으로 전체 속도의 부족을 겪게 되며, 이는 궁극적으로 절차의 비용을 상승시키는 처리 시간의 연장을 초래한다.
전술한 문제들 중 하나 이상은 다양한 화학적, 생화학적 및 다른 공정에 관련될 수 있다. 정밀한 챔버간 온도 제어, 동등한 온도 전이율, 및/또는 온도들 사이의 신속한 전이를 요구할 수도 있는 몇몇 반응의 예로는 예를 들어 유전 암호의 해독을 돕는 핵산 샘플의 조작을 들 수 있다. 예를 들어, 문헌[T. Maniatis et al. Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory (1982)] 참조. 핵산 조작 기술로는 폴리머라아제 연쇄 반응(PCR)과 같은 증폭 방법과; 자기 부양 서열 복제(self-sustained sequence replication, 3SR) 및 스트랜드 디스플레이스먼트 증폭(strand-displacement amplification, SDA)과 같은 목표 폴리뉴클레오티드 증폭(target polynucleotide amplification) 방법과; "분지쇄" DNA 증폭과 같은, 목표 폴리뉴클레오티드에 부착된 신호의 증폭에 기초한 방법과; 리가아제 연쇄 반응(ligase chain reaction, LCR) 및 QB 레플리카아제 증폭(QB replicase amplification, QBR)과 같은, 프로브(probe) DNA의 증폭에 기초한 방법과; 라이게이션 활성화 전사(ligation activated transcription, LAT), 전사 매개 증폭(transcription mediated amplification, TMA) 및 핵산 서열 기반 증폭(nucleic acid sequence-based amplification, NASBA)과 같은 전사 기반 방법과; 수복 연쇄 반응(repair chain reaction, RCR) 및 사이클링 프로브 반응(cycling probe reaction, CPR)과 같은 여러 다른 증폭 방법을 들 수 있다. 핵산 조작 기술 의 다른 예로는, 예를 들어 생거 서열결정, 리간드-결합 분석(ligand-binding assay) 등을 들 수 있다.
전술한 모든 문제들이 관련될 수 있는 반응의 한 가지 일반적인 예는 PCR 증폭이다. PCR을 수행하기 위한 종래의 열 사이클링 장비는 금속 블록의 보어 내로 개별적으로 삽입되는 중합체 마이크로큐벳(polymeric microcuvette)을 사용한다. 이어서 PCR 공정을 위해 샘플 온도가 저온과 고온 사이에서, 예를 들어 55℃와 95℃ 사이에서 사이클링된다. 종래 방법에 따라 종래 장비를 사용할 때, (전형적으로 금속 블록 및 가열된 커버 블록을 포함하는) 열 사이클링 장비의 높은 열 질량(thermal mass)과 마이크로큐벳에 사용되는 중합체 재료의 비교적 낮은 열 전도율은 전형적인 PCR 증폭의 완료에 2시간, 3시간, 또는 그 이상의 시간을 요할 수 있는 공정을 초래한다.
PCR 증폭시 비교적 장시간의 열 사이클링 시간을 해소하고자 하는 한 가지 시도는 단일 중합체 카드에 96개의 마이크로웰(microwell) 및 분배 채널을 통합한 장치의 사용을 포함한다. 96개의 마이크로웰을 단일 카드에 통합하는 것은 각각의 샘플 큐벳을 열 블록 내에 개별적으로 적재하는 것에 관련된 문제를 해소한다. 그러나, 이러한 접근법은 금속 블록 및 가열된 커버의 높은 열 질량 또는 카드의 형성에 사용되는 중합체 재료의 비교적 낮은 열 전도율과 같은 열 사이클링 문제를 해소하지 못한다. 또한, 통합 카드 구조체의 열 질량은 열 사이클링 시간을 연장시킬 수 있다. 이러한 접근법의 다른 잠재적인 문제는, 샘플 웰을 포함한 카드가 금속 블록에 정확하게 안착되지 않는 경우, 불균일한 웰간 온도가 얻어질 수 있어 부정확한 시험 결과를 초래하게 된다는 것이다.
이들 접근법 중 많은 것에서 경험될 수 있는 또 다른 문제는 샘플 물질의 용적이 제한될 수 있으며, 그리고/또는 샘플 물질과 관련하여 사용되는 시약의 비용도 또한 제한되고 그리고/또는 고가일 수 있다는 것이다. 결과적으로, 작은 용적의 샘플 물질 및 관련 시약을 사용하는 것이 요구된다. 그러나, 작은 용적의 이들 물질을 사용할 때, 예를 들어 샘플 물질의 열 사이클링시, 증발 등을 통한 샘플 물질 및/또는 시약 용적의 손실에 관련된 추가적인 문제를 겪을 수 있다.
원 샘플 물질(raw sample material)(예를 들어, 혈액, 조직 등)로부터 인체, 동물, 식물 또는 박테리아 원의 최종 샘플(예를 들어, 예컨대 DNA, RNA 등과 같은 핵산 물질의 분리 또는 정제된 샘플)의 마련시 겪는 다른 문제는 원하는 최종 생성물(예를 들어, 정제된 핵산 물질)을 얻기 위해 수행되어야 하는 열적 처리 단계 및 다른 방법의 수이다. 몇몇 경우에, 원하는 최종 샘플을 얻기 위해서는 필터링 및 다른 공정 단계 외에도, 다수의 상이한 열적 공정이 수행되어야 한다. 전술한 열 제어 문제를 겪는 것 외에도, 이들 처리의 전부 또는 일부는 고도로 숙련된 전문가의 대처 및/또는 고가의 장비를 필요로 할 수 있다. 더욱이, 상이한 공정 단계 전부를 완료하는 데 소요되는 시간은 인원 및/또는 장비의 가용도에 따라 수 일 또는 수 주일 수 있다.
한 가지 예는 시작 샘플(예컨대, 혈액, 박테리아 용해물 등과 같은 원 샘플)로부터 최종 샘플(예컨대, 정제된 핵산 물질)의 마련에 있다. 원하는 물질의 정제된 샘플을 고농도로 얻기 위해, 시작 샘플은, 예를 들어 PCR을 위해 준비되어야 하 며, 그 후 원하는 일반적인 PCR 반응 생성물을 얻기 위해 PCR 공정이 수행된다. 그 다음에 일반적인 PCR 반응 생성물은 예를 들어 생거 서열결정을 위해 준비되어야 하며, 이어서 생거 서열결정 공정이 수행된다. 그 후에, 다중화(multiplex)된 생거 서열결정 생성물이 역다중화(demultiplex)되어야 한다. 역다중화 후에, 최종 생거 서열결정 생성물은 추가 처리를 위해 준비된다. 그러나, 이러한 일련의 사건들은 수 일 또는 심지어는 수 주에 걸쳐 일어난다. 더욱이, 공정의 기술적 본질은 정확한 결과의 획득을 위해 고도의 숙련자를 필요로 한다.
여러 열적 처리 단계를 단일 장치에 통합시키기 위해 디스크 기반 장치를 사용하는 접근법은 고비용의 규소 기재의 사용 및 디스크에 설치된 고비용의 가열 및/또는 냉각 시스템의 통합을 포함한 여러 단점을 겪는다. 결과적으로, 디스크의 비용은 그들의 광범위한 사용을 저해할 수 있다. 예를 들어, 국제 특허 공개 WO 98/07019호(켈로그(Kellog) 등)와 WO 99/09394호(허버드(Hubbard) 등) 참조.
본 발명은 샘플 물질을 처리하는 장치, 시스템 및 방법을 제공한다. 샘플 물질은 샘플 물질의 가열 중에 회전하는 장치의 복수의 공정 챔버 내에 위치될 수 있다. 회전은 공지된 샘플 처리 방법, 시스템 및 장치에 대해 여러 이점을 제공할 수 있다.
공정 챔버에서 샘플 물질의 가열 중 장치를 회전시키는 것의 한 가지 이점은, 샘플 물질의 온도가 상승되어 증기가 형성됨에 따라, 증기가 전형적으로 상류측으로, 즉 장치의 회전축 쪽으로 이동하려고 한다는 것이다. 그러나, 일단 공정 챔버의 외부에 있으면, 기화된 물질은 그들의 냉각시 응축되려는 경향이 있다. 응축된 샘플 물질은 회전에 의해 발생된 원심력으로 인해 샘플 챔버로 복귀된다. 결과적으로, 가열 중의 회전은 가열 중에 샘플 물질을 공정 챔버에 유지시키는 것을 돕고, 이는 작은 용적의 샘플 물질 및/또는 시약이 사용되는 경우에 특히 중요할 수 있는 이점이다.
다른 이점은, 예를 들어 처리 중 장치의 회전시 대류를 통한 향상된 냉각을 포함할 수 있다. 결과적으로, 샘플 물질의 냉각은 샘플 물질로부터 열 에너지를 제거하기 위해 제공되는 예컨대 펠티에 소자(Peltier element) 등을 포함하는 보다 복잡한 시스템에만 단독으로 의존하지 않고서 촉진될 수 있다.
샘플 물질의 가열 중 장치를 회전시키는 것의 다른 잠재적인 이점은 공정 챔버에서의 샘플 물질의 가열에 대한 제어가 향상될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 장치의 회전 속도를 증가시키는 것은 샘플 물질의 온도 상승을 본질적으로 감쇠시킴으로써 (예컨대, 가열 공정 중에 대류 냉각을 증가시킴으로써) 가열 제어를 개선할 수 있다. 예를 들어 각각의 공정 챔버에 도달하는 에너지량을 제어하기 위해 장치의 회전 속도를 변경시키는 것도 또한 이용될 수 있다.
다른 잠재적인 이점은 상이한 공정 챔버에서의 샘플 물질 온도의 균일성이 또한 가열 중 장치를 회전시킴으로써 향상될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 장치가 위에서 회전하는 기부판의 열 구조체에 전자기 에너지를 지향시킴으로써 가열이 달성되는 경우에, 회전은 예컨대 전자기 에너지원에 의해 발생된 열점(hot spot)으로 인한 불균일한 가열을 방지하는 데 도움이 될 수 있다.
본 발명의 장치 및 방법의 다른 이점은 예컨대 사람의 실수(human error)로 인한 결과의 변동성을 감소시키는 방식으로 복잡한 열적 처리를 샘플 물질에 수행할 수 있는 능력을 포함한다. 또한, 예컨대 유전자 증폭을 위한 생체 물질의 처리에 대해, 이러한 이점은 현재 사용되는 방법의 수행에 필요한 고도의 숙련도를 갖는 작업자에 비해서 상대적으로 낮은 숙련도를 갖는 작업자에 의해 달성될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 본 발명의 장치, 방법 및 시스템의 열 제어 이점은 챔버간 온도 균일성과, 동등한 챔버간 온도 전이율과, 열 에너지가 공정 챔버로부터 제거되거나 추가될 수 있는 증가된 속도를 포함할 수 있다. 이들 열 제어 이점에 기여할 수 있는 장치 특징들 중에는, 장치에 (예컨대, 금속성의) 반사층을 포함하는 것과, 장치로부터의 열 에너지 제거를 돕는 배플 구조체와, 장치의 낮은 열 질량이 있다. 열 지시기 및/또는 흡수기를 장치에 포함시킴으로써, 처리 중 장치가 회전할 때에도 챔버 온도에 대한 향상된 제어가 달성될 수 있다.
시작 샘플에 상이한 공정이 순차적으로 수행될 수 있는 연결된 공정 챔버를 포함하는 이들 실시 형태에서, 본 발명은 최종 생성물을 얻는 데 다수의 열적 공정이 필요하더라도 시작 샘플로부터 원하는 최종 생성물을 얻을 필요성에 대한 통합된 해결책을 제공할 수 있다.
공정 챔버가 (내부에 시작 샘플이 적재된) 적재 챔버로부터 다중화되는 다른 실시 형태에서, 단일 시작 샘플로부터 다수의 최종 샘플을 얻을 수 있다. 그러한 다수의 최종 샘플은 다중화된 공정 챔버가 동일한 최종 샘플을 제공하도록 설계되는 경우에 동일한 물질일 수 있다. 대안적으로, 다수의 최종 샘플은 단일 시작 샘플로부터 얻어지는 상이한 샘플일 수 있다.
금속층에 형성되는 분배 채널을 포함하는 장치의 이들 실시 형태에 대해서, 금속층의 연성은 장치를 특정 시험 기준에 맞추기 위해, 보다 작은 샘플 물질 용적에 맞게 조절하기 위해, 기타 등등을 위해, 선택된 분배 채널을 폐쇄 또는 압착할 수 있다는 점에서 추가 이점을 제공할 수 있다. 샘플 물질을 공정 챔버로 분배한 후에 분배 채널을 폐쇄 또는 압착함으로써 공정 챔버를 격리시키는 것이 또한 유리할 수 있다.
각각의 원하는 공정 챔버의 일부를 형성하는 반사층을 포함하는 이들 실시 형태에 대해서, 본 발명은 또한 공정 챔버에 포함된 샘플이 형광 또는 다른 전자기 에너지 신호에 대해 모니터링될 때 향상된 신호 강도의 이점을 제공할 수 있다. 신호 강도는 반사층(예컨대, 금속성)이 모니터링 중인 전자기 에너지를 흡수하거나 그가 검출기로부터 멀리 투과되도록 하는 것과는 대조적으로 그 에너지를 반사하면 향상될 수 있다. 신호 강도는 금속층이 집속 반사체(예컨대, 포물형 반사체)로서 기능을 하는 형상으로 형성되면 더 더욱 향상될 수 있다. 공정 챔버에서의 물질의 검사(interrogation) 및/또는 가열에 사용되는 전자기 에너지가 반사층에 의해 반사되면, 그 층은 공정 챔버의 샘플 물질을 통한 전자기 에너지의 경로 길이를 효과적으로 배가시킴으로써 검사 및 가열 공정의 효율을 또한 향상시킬 수 있다.
금속층을 포함하는 본 발명의 실시 형태들의 다른 이점은 금속층에 의해 제공되는 비교적 높은 강도 대 두께 비율이다. 이는 열적 처리 장치의 구성을 위해 중합체 재료에만 단독으로 의존하는 장치와 비교할 때 특히 그러할 수 있다. 물리적 강도 외에, 금속층은 또한 이로운 장벽 특성, 즉 수증기 투과에 대한 저항성을 제공할 수 있다. 금속층에 의해 또한 제공될 수 있는 다른 이점은 물질을 예컨대 적재 챔버 내로 도입시키기 위해, 또는 공정 챔버로부터 물질을, 예컨대 최종 샘플을 분리하기 위해, 파손 없이 천공될 수 있는 금속층의 순응성이다.
포획 플러그를 구비한 필터 챔버를 포함하는 이들 실시 형태의 이점은 수행 중인 특정 공정에 적합한 필터링 재료가 사용 지점에서 추가될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 유전자 증폭을 위해 장치가 사용 중이면, 특정 크기의 핵산 물질의 통과를 허용하도록 설계된 필터링 재료가 유전 물질의 처리 전에 필터 챔버에 전달될 수 있다.
본 발명의 밸브 이용 메커니즘(valving mechanism)을 포함하는 이들 실시 형태의 이점은 챔버의 어레이 및 장치에 존재하는 통로를 통한 물질의 이동을 제어하는 능력을 포함한다. 바람직한 밸브 이용 메커니즘의 다른 이점은 (예를 들어 왁스 밸브일 수 있는 바와 같이) 그들이 샘플 물질을 오염시키지 않는다는 것이다. 밸브 이용 메커니즘의 다른 이점은 샘플 처리 중 장치가 회전하는 동안에 예컨대 레이저 에너지를 사용하여 밸브를 선택적으로 개방시킬 수 있는 능력을 포함할 수 있다.
제어 패턴을 포함하는 본 발명의 이들 실시 형태의 이점은 장치를 채택한 시스템에 사용되는 하드웨어 및/또는 소프트웨어로의 변경을 필요로 하지 않고서, 장치로의 전자기 에너지의 전달을 제어할 수 있는 능력, 또는 다른 기능, 예를 들어 공정 챔버의 변화를 검출하는 기능을 포함한다. 예를 들어, 공정 챔버 및/또는 밸브로 전달되는 전자기 에너지의 양 및/또는 파장은 장치의 제어 패턴을 이용하여 제어될 수 있다. 그러한 제어는 장치의 사용과 관련된 작업자의 실수를 더욱 줄일 수 있다.
공정 챔버 내의 공기 또는 다른 유체는 공정 챔버가 샘플 물질 또는 다른 물질을 수용할 때 배출될 수 있다. 본 발명의 실시 형태는 배출된 공기 또는 다른 배출된 유체가 공정 챔버 외부로 지나가는 경로를 제공하는 평형 채널을 포함할 수 있다. 평형 채널은 분배 시스템의 몇몇 채널들이 일 방향(예컨대, 상류 또는 하류 방향)으로의 유체의 유동에 전용될 수 있도록 하여 샘플 처리 장치의 각각의 분배 시스템(예컨대, 공정 챔버 및 그 공정 챔버를 연결하는 채널) 내의 압력을 평형시킴으로써 처리 장치를 통한 보다 효율적인 유체의 이동을 도울 수 있다.
본 발명과 관련하여 사용되는 바와 같이, "열적 처리"(와 그의 변형)는 원하는 반응을 얻기 위해 샘플 물질의 온도를 제어(예컨대, 유지, 상승 또는 저하)하는 것을 의미한다. 열적 처리의 한 가지 형태로서, "열 사이클링"(과 그의 변형)은 원하는 반응을 얻기 위해 2가지 이상의 온도 설정점들 사이에서 샘플 물질의 온도를 순차적으로 변화시키는 것을 의미한다. 열 사이클링은, 예를 들어 저온과 고온 사이에서의 사이클링, 저온, 고온 및 적어도 하나의 중간 온도 사이에서의 사이클링 등을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련하여 사용되는 바와 같이, 용어 "전자기 에너지"(와 그의 변형)는 물리적 접촉 없이 공급원으로부터 원하는 위치 또는 물질에 전달될 수 있는 (파장/주파수에 무관한) 전자기 에너지를 의미한다. 전자기 에너지의 비제한적 예로는 레이저 에너지, 무선 주파수(radio-frequency, RF), 마이크로파 방사, (자외선부터 적외선 스펙트럼을 포함하는) 광에너지 등을 들 수 있다. 전자기 에너지는 (가시 스펙트럼을 포함하는) 자외선 내지 적외선 방사의 스펙트럼 내에 속하는 에너지로 제한되는 것이 바람직할 수 있다.
일 태양에서, 본 발명은, 각각이 샘플 물질을 수용하기 위한 용적부를 한정하는 복수의 공정 챔버를 포함하는 장치를 제공하는 단계와; 상부 표면, 하부 표면 및 열 구조체를 포함하는 기부판을 제공하는 단계와; 장치의 제1 주 표면을 기부판의 상부 표면과 접촉하게 위치시키는 단계-복수의 공정 챔버 중 적어도 일부 공정 챔버는 장치가 기부판의 상부 표면과 접촉할 때 열 구조체와 열 연통됨-와; 샘플 물질을 복수의 공정 챔버에 제공하는 단계와; 기부판 및 장치를 회전축을 중심으로 회전시키는 동안에 기부판의 하부 표면에 전자기 에너지를 지향시킴으로써 열 구조체의 온도를 제어하여 샘플 물질의 온도를 제어하는 단계에 의해 열 사이클링 공정을 수행하는 방법을 포함한다.
다른 태양에서, 본 발명은, 각각이 샘플 물질을 수용하기 위한 용적부를 한정하는 복수의 공정 챔버를 포함하는 장치를 제공하는 단계와; 상부 표면, 하부 표면, 및 적어도 하나의 열전 모듈을 포함한 열 구조체를 포함하는 기부판을 제공하는 단계와; 장치의 제1 주 표면을 기부판의 상부 표면과 접촉하게 위치시키는 단계-복수의 공정 챔버는 장치가 기부판의 상부 표면과 접촉할 때 열 구조체와 열 연통되는 단계와; 샘플 물질을 복수의 공정 챔버에 제공하는 단계와; 기부판 및 장치를 회전축을 중심으로 회전시키는 동안에 적어도 하나의 열전 모듈의 온도를 제어함으로써 열 구조체의 온도를 제어하여 샘플 물질의 온도를 제어하는 단계에 의해 열 사이클링 공정을 수행하는 방법을 제공한다.
다른 태양에서, 본 발명은, 각각이 샘플 물질을 수용하기 위한 용적부를 한정하는 복수의 공정 챔버를 포함하는 장치를 제공하는 단계와; 샘플 물질을 복수의 공정 챔버에 제공하는 단계와; 전자기 에너지를 복수의 공정 챔버 내로 지향시켜 복수의 공정 챔버의 샘플 물질의 온도를 상승시키는 단계와; 전자기 에너지를 복수의 챔버 내로 지향시키는 동안에 장치를 회전축을 중심으로 회전시키는 단계를 포함하고, 복수의 공정 챔버의 샘플 물질의 온도는 장치가 회전축을 중심으로 회전할 때 제어되는 열 사이클링 공정을 수행하는 방법을 제공한다.
다른 태양에서, 본 발명은, 적재 챔버 및 제1 공정 챔버를 포함한 적어도 하나의 공정 챔버 어레이를 포함하는 장치를 제공하는 단계와; 샘플 물질을 적어도 하나의 공정 챔버 어레이에 제공하는 단계-샘플 물질은 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 적재 챔버에 제공됨-와; 장치를 회전축을 중심으로 회전시킴으로써 샘플 물질을 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 적재 챔버로부터 제1 공정 챔버로 이동시키는 단계와; 상부 표면, 하부 표면 및 열 구조체를 포함하는 기부판을 제공하는 단계와; 장치의 제1 주 표면을 기부판의 상부 표면과 접촉하게 위치시키는 단계-적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제1 공정 챔버는 장치가 기부판의 상부 표면과 접촉할 때 열 구조체와 열 연통됨-와; 기부판 및 장치를 회전축을 중심으로 회전시키는 동안에 기부판의 하부 표면에 전자기 에너지를 지향시킴으로써 열 구조체의 온도를 제어하여 샘플 물질의 온도를 제어하는 단계에 의해 샘플 물질을 처리하는 방법을 제공한다.
다른 태양에서, 본 발명은, 각각이 적재 챔버 및 제1 공정 챔버를 포함하는 복수의 공정 챔버 어레이를 포함하는 장치를 제공하는 단계와; 상부 표면, 하부 표면, 및 적어도 하나의 열전 모듈을 포함한 열 구조체를 포함하는 기부판을 제공하는 단계와; 장치의 제1 주 표면을 기부판의 상부 표면과 접촉하게 위치시키는 단계-복수의 공정 챔버 어레이 중 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제1 공정 챔버는 장치가 기부판의 상부 표면과 접촉할 때 열 구조체와 열 연통됨-와; 샘플 물질을 복수의 공정 챔버 어레이 중 적어도 하나의 공정 챔버 어레이에 제공하는 단계-샘플 물질은 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 적재 챔버에 제공됨-와; 장치를 회전축을 중심으로 회전시킴으로써 샘플 물질을 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 적재 챔버로부터 제1 공정 챔버로 이동시키는 단계와; 기부판 및 장치를 회전축을 중심으로 회전시키는 동안에 적어도 하나의 열전 모듈의 온도를 제어함으로써 열 구조체의 온도를 제어하여 샘플 물질의 온도를 제어하는 단계에 의해 열 사이클링 공정을 수행하는 방법을 제공한다.
다른 태양에서, 본 발명은, 각각이 적재 챔버 및 제1 공정 챔버를 포함하는 복수의 공정 챔버 어레이를 포함하는 장치를 제공하는 단계와; 샘플 물질을 복수의 공정 챔버 어레이 중 적어도 하나의 공정 챔버 어레이에 제공하는 단계-샘플 물질은 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 적재 챔버에 제공됨-와; 장치를 회전축을 중심으로 회전시킴으로써 샘플 물질을 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 적재 챔버로부터 제1 공정 챔버로 이동시키는 단계와; 전자기 에너지를 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제1 공정 챔버 내로 지향시켜 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제1 공정 챔버의 샘플 물질의 온도를 상승시키는 단계와; 전자기 에너지를 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제1 공정 챔버 내로 지향시키는 동안에 장치를 회전축을 중심으로 회전시키는 단계를 포함하고, 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제1 공정 챔버의 샘플 물질의 온도는 장치가 회전축을 중심으로 회전함에 따라 제어되는 샘플 물질을 처리하는 방법을 제공한다.
다른 태양에서, 본 발명은, 제1 및 제2 주 표면을 포함하는 기재와; 각각이 샘플을 수용하기 위한 용적부를 한정하는 장치 내의 복수의 공정 챔버와; 적어도 하나가 공정 챔버의 선택된 쌍 사이에 위치되고 각각이 불투과성 장벽(barrier)을 포함하는 복수의 밸브를 포함하고, 밸브 각각의 불투과성 장벽은 공정 챔버의 선택된 쌍을 분리시키는 샘플 물질 처리 장치를 제공한다.
다른 태양에서, 본 발명은, 제1 및 제2 주 표면을 포함하는 기재와; 각각이 샘플을 수용하기 위한 용적부를 한정하는 장치 내의 복수의 공정 챔버와; 적어도 하나가 공정 챔버의 선택된 쌍 사이에 위치되고 각각이 형상 기억 중합체를 포함하는 복수의 밸브를 포함하는 샘플 물질 처리 장치를 제공한다.
다른 태양에서, 본 발명은, 제1 및 제2 주 표면을 포함하는 기재와; 각각이 샘플을 수용하기 위한 용적부를 한정하는 장치 내의 복수의 공정 챔버와; 공정 챔버 중 적어도 일부의 용적부를 한정하고 형상 기억 중합체를 포함하는 시일을 포함하는 샘플 물질 처리 장치를 제공한다.
다른 태양에서, 본 발명은, 제1 및 제2 주 표면을 포함하는 기재와; 각각이 샘플을 수용하기 위한 용적부를 한정하는 장치 내의 복수의 공정 챔버와; 복수의 공정 챔버의 각각과 관련되는 적어도 하나의 지시기를 포함하고, 지시기의 각각은 그 지시기와 관련되는 각각의 공정 챔버로 전달되는 전자기 에너지를 나타내는 적어도 하나의 지표(characteristic)를 구비하여, 선택된 공정 챔버로의 전자기 에너지의 전달이 제어될 수 있는 장치 상의 제어 패턴을 포함하는 샘플 물질 처리 장치를 제공한다.
다른 태양에서, 본 발명은, 각각이 적재 챔버 및 공정 챔버를 포함하는 복수의 공정 챔버 어레이를 포함하는 장치를 제공하는 단계와; 샘플 물질을 공정 챔버 어레이 중 적어도 하나의 적재 챔버에 제공하는 단계와; 장치를 회전시킴으로써 샘플 물질을 적재 챔버로부터 공정 챔버로 이동시키는 단계와; 공정 챔버에 위치된 샘플 물질 내에 상자성 입자(paramagnetic particle)를 제공하는 단계와; 장치에 인접하게 자석을 제공하는 단계와; 회전 중에 샘플 물질 내의 상자성 입자가 자석의 자기장의 영향을 받도록 장치를 회전시키는 단계에 의해 샘플 물질을 처리하는 방법을 제공한다.
다른 태양에서, 본 발명은, 회전 기부판과; 기부판에 부착되고 상부 표면 및 하부 표면을 포함하는 적어도 하나의 열 구조체와; 열 구조체와 열 유통되고, 기부판이 회전하는 동안에 열 구조체의 온도를 제어하도록 배열되는 적어도 하나의 열전 모듈을 포함하는 샘플 처리 시스템을 제공한다.
다른 태양에서, 본 발명은, 샘플 물질을 수용하기 위한 제1 용적부를 한정하는 제1 챔버와; 샘플 물질을 수용하기 위한 제2 용적부를 한정하고 유체를 포함하는 제2 챔버와; 제1 챔버 및 제2 챔버를 유체 연결하는 제1 채널과; 제2 챔버와 유체 연통되고, 샘플 물질이 제2 챔버 내로 들어갈 때 유체가 제2 챔버로부터 배출되는 경로를 제공하는 제2 채널과; 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 채널에 위치되는 밸브를 포함하는 샘플 처리 장치에 관한 것이다. 밸브는 제1 채널을 폐쇄하는 불투과성 멤브레인을 포함한다. 밸브는 전자기 에너지를 사용하여 불투과성 멤브레인을 통해 공극(void)을 형성함으로써 개방될 수 있다.
다른 태양에서, 본 발명은, 제1 용적부를 한정하는 제1 챔버와; 제2 용적부를 한정하고 유체를 포함하는 제2 챔버와; 제1 챔버로부터 제2 챔버로의 하류 경로를 제공하는 제1 채널과; 제2 챔버로부터 비아(via)로의 상류 경로를 제공하는 제2 채널과; 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 채널에 위치되는 밸브를 포함하는 샘플 처리 장치에 관한 것이다. 밸브는 제1 채널을 폐쇄하는 불투과성 멤브레인을 포함한다. 밸브는 전자기 에너지를 사용하여 불투과성 멤브레인을 통해 공극을 형성함으로써 개방될 수 있다.
다른 태양에서, 본 발명은, 제1 및 제2 주 면을 포함하는 기재와 기재의 제1 주 면에 부착되는 제1 커버를 포함하고, 제1 커버는 선택된 파장의 전자기 에너지를 투과시키고, 기재의 제1 주 면은 비아를 한정하며, 복수의 공정 챔버 어레이가 기재에 형성되는 샘플 처리 장치에 관한 것이다. 복수의 공정 챔버 어레이 중 각각의 공정 챔버 어레이는, 샘플 물질을 수용하기 위한 용적부를 한정하는 제1 챔버와; 샘플 물질을 수용하기 위한 용적부를 한정하고 제1 유체를 포함하는 제2 챔버와; 제1 챔버와 제2 챔버 사이에서 연장되는 제1 채널과; 제2 챔버와 유체 연통되고, 샘플 물질이 제2 챔버 내로 들어감에 따라 유체가 제2 챔버로부터 배출되는 경로를 제공하도록 구성되는 제2 채널을 포함한다. 복수의 공정 챔버 어레이는 제2 챔버가 공정 챔버 어레이 각각에서 제1 챔버의 반경 방향 외부에 위치되도록 기재에 반경 방향으로 배열된다. 복수의 공정 챔버 어레이 중 각각의 공정 챔버 어레이는 복수의 공정 어레이 중 적어도 하나의 공정 어레이의 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 채널에 위치되는 밸브를 추가로 포함하고, 밸브는 제1 채널을 폐쇄하는 불투과성 멤브레인을 포함하며, 밸브는 제1 커버를 통과하는 전자기 에너지를 사용하여 불투과성 멤브레인을 통해 공극을 형성함으로써 개방된다.
다른 태양에서, 본 발명은, 선택된 파장의 전자기 에너지를 샘플 처리 장치의 제1 커버를 통해 지나가게 함으로써 샘플 처리 장치의 밸브를 개방시키는 단계를 포함하고 선택된 파장의 전자기 에너지는 밸브의 불투과성 멤브레인을 통해 공극을 형성하는 방법에 관한 것이다. 또한, 샘플 처리 장치는, 샘플 물질을 수용하기 위한 제1 용적부를 한정하는 제1 챔버와; 샘플 물질을 수용하기 위한 제2 용적부를 한정하는 제2 챔버와; 제1 챔버로부터 제2 챔버로의 하류 경로를 제공하는 제1 채널-제1 챔버와 제2 챔버 사이의 제1 채널에 밸브가 위치됨-과; 제2 챔버로부터 비아로의 상류 경로를 제공하는 제2 채널을 추가로 포함한다. 본 방법은, 샘플 처리 장치를 회전시켜 제1 유체를 제1 챔버로부터 밸브의 불투과성 멤브레인의 공극을 통해 제2 챔버로 지나가게 하는 단계를 추가로 포함하고, 제1 유체가 제2 챔버 내로 지나감에 따라 제2 유체가 제2 채널을 통해 비아 내로 지나간다.
다른 태양에서, 본 발명은 샘플 처리 장치를 통해 유체 유동을 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은, 제1 및 제2 주 면을 포함하는 기재와 기재의 제1 주 면에 부착되는 제1 커버를 포함하고, 복수의 공정 챔버 어레이가 기재에 형성되는 샘플 처리 장치를 제공하는 단계를 포함한다. 복수의 공정 챔버 어레이 중 각각의 공정 챔버 어레이는, 샘플 물질을 수용하기 위한 용적부를 한정하는 제1 챔버와; 샘플 물질을 수용하기 위한 용적부를 한정하고 제1 유체를 포함하는 제2 챔버와; 제1 챔버와 제2 챔버 사이에서 연장되는 제1 채널과; 제2 챔버와 유체 연통되고, 샘플 물질이 제2 챔버 내로 들어갈 때 제1 유체가 제2 챔버로부터 배출되는 경로를 제공하도록 구성되는 제2 채널과; 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 제1 채널에 위치되고, 제1 채널을 폐쇄하는 불투과성 멤브레인을 포함하는 밸브를 포함한다.
본 방법은, 선택된 파장의 전자기 에너지를 제1 커버를 통해 지나가게 함으로써 복수의 공정 챔버 어레이 중 하나 이상의 공정 챔버 어레이의 밸브를 개방시키는 단계-선택된 파장의 전자기 에너지는 하나 이상의 공정 챔버 어레이의 밸브의 불투과성 멤브레인을 통해 공극을 형성함-와; 샘플 처리 장치를 회전시켜 제2 유체를 하나 이상의 공정 챔버 어레이의 밸브의 불투과성 멤브레인의 공극을 통해 하나 이상의 공정 챔버 어레이의 제1 챔버로부터 제2 챔버로 지나가게 하는 단계를 추가로 포함하고, 제2 유체가 제2 챔버 내로 지나감에 따라 제1 유체가 각각의 제2 챔버로부터 배출된다.
다른 태양에서, 본 발명은 샘플 처리 장치 내에서 샘플 물질을 이동시키는 방법에 관한 것이다. 본 방법은, 각각이 제1 공정 챔버와, 제2 공정 챔버와, 제1 공정 챔버와 제2 공정 챔버 사이에 위치되고 불투과성 장벽을 포함하는 밸브와, 제2 공정 챔버와 유체 연통되는 평형 채널을 포함하는 복수의 공정 챔버 어레이를 포함하는 장치를 제공하는 단계를 포함한다. 본 방법은, 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제1 공정 챔버에 샘플 물질을 제공하는 단계와; 장치의 표면에 부착된 커버를 통한 선택된 파장의 전자기 에너지를 사용하여 밸브의 불투과성 장벽에 공극을 형성함으로써 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제1 공정 챔버를 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제2 공정 챔버와 유체 연통시키는 단계와; 장치를 회전시킴으로써 샘플 물질을 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제1 공정 챔버로부터 공극을 통해 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제2 공정 챔버로 이동시키는 단계를 추가로 포함한다. 샘플 물질이 제1 공정 챔버로부터 제2 공정 챔버로 이동됨에 따라, 공기가 각각의 평형 채널을 통해 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제2 챔버 외부로 이동한다.
본 발명의 장치, 시스템 및 방법의 상기 및 기타 특징 및 이점이 본 발명의 예시적인 실시예에 관하여 이하에 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 하나의 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 장치의 공정 챔버 및 분배 채널의 부분 확대 단면도이다.
도 3은 공정 챔버, 분배 채널 및 배플 구조체를 도시한, 본 발명에 따른 대안적인 장치의 부분 확대 단면도이다.
도 4는 도 3의 장치의 하나의 주 면의 평면도이다.
도 4A는 샘플 처리 장치가 일 방향으로 회전할 때 하나의 배플 구조체 및 그 구조체를 통한 공기유동의 개략도이다.
도 4B는 샘플 처리 장치가 대향 방향으로 회전할 때의 공기유동을 나타내는 도 4A의 배플 구조체의 개략도이다.
도 5는 공정 챔버의 격리 후 도 3의 장치의 공정 챔버 및 분배 채널의 부분 확대 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 다른 대안적인 장치의 일 에지의 일부의 사시도이다.
도 7은 공정 챔버, 분배 채널 및 배플을 포함하는 도 6의 장치의 일부의 평면도이다.
도 8은 도 7의 선 8-8을 따라 취한 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 하나의 열적 처리 시스템의 개략도이다.
도 9A는 본 발명에 따른 열적 처리 시스템을 위한 대안적인 기부판의 평면도이다.
도 9B는 샘플 처리 장치(310')가 위에 위치된 도 9A의 기부판의 단면도이다.
도 9C는 본 발명에 따른 열적 처리 시스템을 위한 대안적인 기부판의 평면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 다른 장치의 부분 단면도이다.
도 10A는 온도 감지 재료를 위에 포함하는 본 발명에 따른 하나의 장치를 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 다른 장치의 부분 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 다른 열적 처리 시스템의 개략도이다.
도 13은 도 14의 선 13-13을 따라 취한 본 발명에 따른 다른 장치의 부분 단면도이다.
도 14는 본 발명에 따른 장치의 일 표면의 평면도이다.
도 15는 도 16의 선 15-15를 따라 취한 도 13 및 도 14의 장치의 부분 단면도이다.
도 16은 도 13 내지 도 15의 장치의 다른 표면의 평면도이다.
도 17은 예를 들어 단일 장치에서의 PCR 증폭 및 생거 서열결정에 의한 시작 샘플 물질의 통합된 처리를 제공하는 데 사용될 수 있는 하나의 구조의 개략도이다.
도 18은 본 발명에 따른 장치의 하나의 주 표면의 평면도이다.
도 19는 도 18의 선 19-19를 따라 취한 도 18의 장치의 단면도이다.
도 19A는 본 발명과 관련하여 사용되는 대안적인 적재 챔버 설계의 평면도이다.
도 19B는 도 19A의 선 19B-19B를 따라 취한 도 19A의 적재 챔버의 확대 단면도이다.
도 19C는 본 발명의 공정 챔버와 관련하여 사용될 수 있는 시일 시스템의 단면도이다.
도 19D는 도 19C의 시일 시스템을 통해 공정 챔버의 내부로 접근하는 프로브의 단면도이다.
도 20은 장치에 제공된 제어 패턴을 도시한, 도 18의 장치의 다른 주 표면의 평면도이다.
도 21은 본 발명에 따른 다른 장치의 단면도이다.
도 22는 장치의 밸브 중 하나를 개방시킨 후의 도 21의 장치의 단면도이다.
도 23A 및 도 23B는 본 발명의 장치 및 방법과 관련하여 사용되는 대안적인 밸브 구조체를 도시한다.
도 24A 및 도 24B는 본 발명의 장치 및 방법과 관련하여 사용되는 대안적인 밸브 구조체를 도시한다.
도 25A 및 도 25B는 본 발명의 장치 및 방법과 관련하여 사용되는 대안적인 밸브 구조체를 도시한다.
도 26은 본 발명의 장치 및 방법과 관련하여 사용되는 대안적인 시일 시스템을 도시한다.
도 27은 본 발명의 다른 샘플 처리 장치를 도시한다.
도 28은 자석이 인접하게 위치된 도 27의 샘플 처리 장치의 측면도이다.
도 29 및 도 30은 공정 챔버에서의 물질의 혼합을 돕는 팽창 챔버를 포함하는 대안적인 공정 챔버 구조체를 도시한다.
도 31 및 도 32는 본 발명에 따른 장치에 사용되는 다른 대안적인 공정 챔버 구조체를 도시한다.
도 33은 본 발명과 관련하여 사용되는 대응 기부판 돌출부와 함께 도 31 및 도 32의 공정 챔버 구조체를 도시한다.
도 34는 장치의 챔버 내에 압력을 분배하는 하나 이상의 평형 채널을 포함하는 샘플 처리 장치의 부분 개략도를 도시한다.
도 35 및 도 36은 각각 평형 채널을 포함하는 샘플 처리 장치의 다른 실시 형태의 저면도 및 평면도이다.
본 발명은 열적 처리, 예를 들어 민감한 화학적 공정, 예컨대 PCR 증폭, 리가아제 연쇄 반응(LCR), 자기 부양 서열 복제, 효소 반응속도 연구, 균질 리간드 결합 분석, 및 정밀한 열 제어 및/또는 신속한 열적 변화를 요구하는 보다 복잡한 생화학적 또는 기타 공정을 포함하는 방법에 사용될 수 있는 장치를 제공한다. 이러한 장치는 예를 들어 반사층, 배플 구조체, 밸브 구조체, 포획 플러그, 열 지시기, 흡수재, 및 장치의 공정 챔버의 샘플 물질의 신속 및 정확한 열적 처리를 용이하게 하는 다른 재료 또는 구성요소를 포함할 수 있다.
장치의 여러 예시적인 실시 형태들의 구성이 하기에 설명되지만, 본 발명의 원리에 따른 회전가능 샘플 처리 장치는 2000년 6월 28일자로 출원되고 발명의 명칭이 "열적 처리 장치 및 방법(THERMAL PROCESSING DEVICES AND METHODS)"인 미국 가특허출원 제60/214,508호; 2000년 6월 28일자로 출원되고 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치, 시스템 및 방법"(SAMPLE PROCESSING DEVICES, SYSTEMS AND METHODS)인 미국 가특허출원 제60/214,642호; 2000년 10월 2일자로 출원되고 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치, 시스템 및 방법"(SAMPLE PROCESSING DEVICES, SYSTEMS AND METHODS)인 미국 가특허출원 제60/237,072호; 2001년 4월 18일자로 출원되고 발명 의 명칭이 "향상된 샘플 처리 장치, 시스템 및 방법(ENHANCED SAMPLE PROCESSING DEVICES, SYSTEMS AND METHODS)"인 미국 가특허출원 제60/284,637호에 설명된 원리에 따라 제조될 수 있다. 다른 잠재적인 장치 구성은 예를 들어 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치의 원심력 이용 충전(CENTRIFUGAL FILLING OF SAMPLE PROCESSING DEVICES)"인 미국 특허 제6,627,159호와; 2001년 1월 6일자로 출원되고 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치, 시스템 및 방법(SAMPLE PROCESSING DEVICES, SYSTEMS AND METHODS)"인 미국 가특허출원 제60/260,063호에서 찾아볼 수 있다.
"상부" 및 "하부"와 같은 상대 위치 용어가 본 발명과 관련하여 사용될 수 있지만, 이들 용어는 이들의 상대적인 의미로만 사용됨을 이해하여야 한다. 예를 들어, 본 발명의 장치와 관련하여 사용될 때, "상부" 및 "하부"는 장치의 대향면들을 나타내는 데 사용된다. 실제 사용에 있어서, "상부" 또는 "하부"로서 설명된 요소는 임의의 배향 또는 위치에서 볼 수 있으며, 방법, 시스템 및 장치를 임의의 특정 배향 또는 위치로 제한하는 것으로 고려되어서는 안 된다. 예를 들어, 장치의 상부 표면은 사용시 실제로 장치의 하부 표면 아래에 위치될 수 있다(그렇지만 이는 여전히 하부 표면으로부터 장치의 대향면에 보일 것임).
본 발명의 원리에 따라 제조되는 하나의 예시적인 장치가 도 1 및 도 2에 도시된다. 장치(10)는 바람직하게는 도 1에 도시된 바와 같이 원형 디스크의 형상이지만, 바람직한 원형 디스크 대신에 회전될 수 있는 임의의 다른 형상이 사용될 수도 있다. 도 1 및 도 2의 장치(10)는 기재(20), 제1 층(30) 및 제2 층(40)을 포함하는 다층 복합 구조체이다.
장치(10)는 각각이 샘플 및 그 샘플과 함께 열 사이클링되는 임의의 다른 물질을 수용하기 위한 용적부를 한정하는 복수의 공정 챔버(50)를 포함한다. 도시된 장치(10)는 96개의 공정 챔버(50)를 포함하지만, 본 발명에 따라 제조되는 장치와 관련하여 제공되는 공정 챔버의 정확한 개수는 원하는 바와 같이 96개보다 많거나 적을 수 있다는 것을 이해할 것이다.
예시적인 장치(10)의 공정 챔버(50)는 챔버의 형태이지만, 본 발명의 장치의 공정 챔버는 모세관, 통로, 채널, 홈, 또는 임의의 다른 적합하게 한정된 용적부의 형태로 제공될 수 있다.
장치(10)의 기재(20), 제1 층(30) 및 제2 층(40)은 예를 들어 공정 챔버(50) 내에 위치된 구성요소들이 열적 처리 중 급속히 가열됨에 따라 공정 챔버(50) 내에 형성될 수 있는 팽창력에 저항하기에 충분한 강도를 가지고서 함께 부착 또는 접합되는 것이 바람직하다. 구성요소들 사이의 접합부의 강인성은 장치(10)가 열 사이클링 공정, 예를 들어 PCR 증폭을 위해 사용되는 경우에 특히 중요할 수 있다. 그러한 열 사이클링에 수반되는 반복적인 가열 및 냉각은 장치(10)의 면들 사이의 접합부에 더욱 심한 손상을 야기시킬 수 있다. 구성요소들 사이의 보다 강인한 접합부에 의해 해소되는 다른 잠재적인 문제는 구성요소의 제조에 사용되는 상이한 재료의 열팽창률의 임의의 차이이다.
공정 챔버(50) 내에 위치되는 시약(52)이 또한 도 2에 개시된다. 시약(52)은 바람직하게는 공정 챔버(50)의 표면에 고정될 수 있다. 시약(52)은 선택적이며, 즉 몇몇 장치(10)는 공정 챔버(50)에 적재되는 임의의 시약(52)을 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다. 다른 변형예에서, 공정 챔버(50) 중 몇몇은 시약(52)을 포함할 수 있지만 그 밖의 것들은 그렇지 않다. 또 다른 변형예에서, 상이한 공정 챔버(50)가 상이한 시약을 포함할 수 있다.
도시된 장치(10)는 또한 선택적인 정합(registration) 시스템을 포함함으로써, 하기에 더욱 상세히 기재되는 처리 방법 중에 장치(10)가 회전할 때에도, 상이한 공정 챔버(50)의 위치가 정확하게 정해질 수 있다. 정합 시스템은 장치(10)에 정합 마크(14)의 형태로 제공될 수 있다. 다른 대안적인 정합 시스템은 장치(10)가 예컨대 회전 스핀들에 단지 일 방향으로만 장착될 수 있도록 장치를 키잉(keying)하는 것을 포함할 수 있다. 그 다음, 그러한 시스템에서, 스핀들의 회전 위치는 장치(10)의 여러 특징부의 위치를 나타낼 것이다. 다른 정합 시스템은 당업자에게 공지되어 있을 것이다.
공정 챔버(50)는 적재 챔버(62)와 함께 샘플을 공정 챔버(50)로 분배하는 분배 시스템을 제공하는 분배 채널(60)과 유체 연통된다. 적재 챔버(62)를 통한 장치(10) 내로의 샘플의 도입은 샘플 물질이 회전 중에 발생되는 원심력으로 인해 외향 이동되도록 장치(10)를 회전축을 중심으로 회전시킴으로써 달성될 수 있다. 장치(10)가 회전하기 전에, 샘플은 분배 채널(60)을 통한 공정 챔버(50)로의 전달을 위해 적재 챔버(62) 내로 도입될 수 있다. 공정 챔버(50) 및/또는 분배 채널(60)은 공기가 배출될 수 있는 포트(예를 들어, 도 34 내지 도 36에 대해 설명된 평형 채널) 및/또는 샘플 물질의 공정 챔버(50)로의 분배를 돕는 다른 특징부를 포함할 수 있다. 대안적으로, 샘플 물질은 진공 또는 압력의 도움으로 공정 챔버(50) 내 로 적재될 수도 있다.
대안적으로, 샘플 물질을 공정 챔버(50)로 전달하는 데 사용되는 분배 시스템은 "비통기형(unvented)"일 수 있다. 본 발명과 관련하여 사용되는 바와 같이, "비통기형 분배 시스템"은 분배 채널(60) 및 공정 챔버(50)의 용적부로 이어지는 유일한 개구가 적재 챔버(62)에 위치되는 분배 시스템(즉, 공정 챔버 어레이)이다. 바꾸어 말하면, 비통기형 분배 시스템 내의 공정 챔버(50)에 도달하기 위해서, 샘플 재료는 적재 챔버(62)로 전달되어야 한다. 유사하게, 샘플 물질의 적재 전에 분배 시스템 내에 위치된 임의의 공기 또는 다른 유체도 또한 적재 챔버(62)를 통해 분배 시스템으로부터 배출되어야 한다. 그러나, 비통기형 분배 시스템은 샘플 물질을 공정 챔버(50)로 전달하기 위해 그리고/또는 공기 또는 다른 유체가 공정 챔버(50)로부터 배출되도록 하기 위해 별도의 채널을 포함할 수 있다. 공정 챔버에 유체 연결되는 별도의 채널을 구비한 분배 시스템을 포함하는 처리 장치의 예가 도 34 내지 도 36을 참조하여 도시 및 설명된다. 반면에, 통기형(vented) 분배 시스템은 적재 챔버 외부에 적어도 하나의 개구를 포함할 것이다. 그러한 개구는 샘플 물질의 공정 챔버(50)로의 분배 중 적재 전에 분배 시스템 내에 위치된 임의의 공기 또는 다른 유체의 배출을 허용할 것이다.
비통기형 분배 시스템을 포함하는 샘플 처리 장치(10) 내를 통해 샘플 물질을 이동시키는 것은, 회전 중에 장치(10)를 교대로 가속 및 감속시켜 본질적으로 샘플 물질을 채널(60)을 통해 공정 챔버(50) 내로 버핑(burping)함으로써 용이해질 수 있다. 회전은 적어도 2회의 가속/감속 사이클, 즉 초기 가속에 이은 감속과 두 번째 가속 및 두 번째 감속을 이용하여 수행될 수 있다.
가속/감속 사이클은 평형 채널을 구비한 분배 시스템을 포함하는 처리 장치의 몇몇 실시 형태에서는 필요치 않을 수 있다. 평형 채널은 공기 또는 다른 유체가 채널(60) 및 공정 챔버(50)를 통해 샘플 물질의 유동과 간섭되지 않도록 하는 데 도움을 줄 수 있다. 평형 채널은 배출된 공기 또는 다른 유체가 공정 챔버(50)로부터 배출되는 경로를 제공하여 분배 시스템 내의 압력을 평형시키며, 이는 가속 및/또는 감속에 의해 분배 시스템을 "버핑"시킬 필요성을 최소화시킬 수 있다. 그러나, 가속 및/또는 감속 기술은 여전히 비통기형 분배 시스템을 통한 샘플 물질의 분배를 더욱 용이하게 하는 데 사용될 수 있다. 가속 및/또는 감속 기술은 또한 EM 유도 밸브 이용에 의해 생성된 거친 에지, 불완전한 성형된 채널/챔버 등과 같은 불규칙 표면에 걸쳐 그리고/또는 그 주위로 유체를 이동시키는 것을 돕는 데 유용할 수 있다.
이는 가속 및/또는 감속이 신속하면 또한 유익할 수 있다. 회전은 또한 바람직하게는 단지 일 방향일 수 있으며, 즉 적재 공정 중 회전 방향을 역전시킬 필요가 없을 수 있다. 그러한 적재 공정은 시스템으로의 개구보다 장치(10)의 회전 중심으로부터 멀리 떨어지게 위치되는 시스템의 이들 부분에서 샘플 물질이 공기를 배출시킬 수 있도록 한다. 비통기형 분배 시스템, 즉 임의의 통기구의 (반경 방향) 외부에 적어도 몇몇 채널 및 공정 챔버를 포함하는 분배 시스템의 한 가지 이점은 그러한 통기구로부터의 누출이 방지되는 것이다.
실제 가속율 및 감속율은 온도, 장치의 크기, 회전축으로부터 샘플 물질의 거리, 장치의 제조에 사용되는 재료, 샘플 물질의 특성(예컨대, 점도) 등과 같은 여러 인자에 기초하여 변할 수 있다. 유용한 가속/감속 공정의 한 가지 예는 분당 약 4000 회전수(rpm)로의 초기 가속에 이은 약 1초의 주기에 걸친 약 1000 rpm으로의 감속을 포함할 수 있으며, 이때 장치의 회전 속도는 샘플 물질이 원하는 거리를 이동할 때까지 1초 간격으로 1000 rpm과 4000 rpm 사이에서 변동한다.
도 2에 도시된 분배 채널(60)은 예시적인 장치(10)의 기재(20) 내에 형성된다. 채널(60)은 공정 챔버(50)와 유체 연통되고 또한 적재 챔버(62)와 유체 연통된다. 채널(60)은 여러 기술, 바람직하게는 마이크로복제 기술에 의해 형성될 수 있다. 적합한 마이크로복제 기술의 예는 마이크로밀링, 사출 성형, 진공 성형, 레이저 제거, 포토리소그래피, 열성형, 엠보싱 등을 포함한다.
도시된 장치(10)는 서로로부터 격리된 2개의 하위챔버(subchamber)(64)를 구비한 적재 챔버(62)를 포함한다. 결과적으로, 상이한 샘플이 각각의 하위챔버(64) 내로 도입되어, 분배 채널(60)을 통해 적재 챔버(62)의 각각의 하위챔버(64)와 유체 연통되는 공정 챔버(50) 내로 적재될 수 있다. 적재 챔버(62)가 단지 하나의 챔버만을 포함할 수 있거나, 임의의 원하는 수의 하위챔버(64), 즉 2개 이상의 하위챔버(64)가 장치(10)와 관련하여 제공될 수 있는 것으로 이해될 것이다.
도 2는 공정 챔버(50)의 하나와 분배 채널(60)을 포함한 장치(10)의 일부의 확대 단면도이다. 기재(20)는 제1 주 면(22) 및 제2 주 면(24)을 포함한다. 각각의 공정 챔버(50)는 기재(20)를 통해 형성된 공극(26)에 의해 본 실시 형태에서 적어도 부분적으로 형성된다. 도시된 공극(26)은 기재(20)의 제1 및 제2 주 면(22, 24)을 통해 형성된다.
기재(20)는 바람직하게는 중합체이지만, 유리, 규소, 석영, 세라믹 등과 같은 다른 재료로 제조될 수 있다. 또한, 기재(20)가 균질한 단품의 일체형 몸체로서 도시되지만, 이는 대안적으로 예컨대 동일한 또는 상이한 재료의 층의 비균질체로서 제공될 수 있다. 기재(20)가 샘플 물질과 직접 접촉하게 되는 이들 장치(10)에 대해서, 기재(20)에 사용되는 재료 또는 재료들이 샘플 물질과 비반응성인 것이 바람직할 수 있다. 많은 상이한 생체분석 적용에서 기재에 사용될 수 있는 몇몇 적합한 중합체 재료의 예는 폴리카보네이트, 폴리프로필렌(예컨대, 아이소택틱 폴리프로필렌), 폴리에틸렌, 폴리에스테르 등을 포함할 수 있지만, 그에 한정되는 것은 아니다.
제1 층(30)은 도시된 실시 형태에서 기재(20)의 일면에 제공되고, 바람직하게는 선택적인 패시베이션층(passivation layer)(32)과 선택적인 외부 보호층(36) 사이에 위치되는 금속성 하위층(sub-layer)(34)을 포함한다. 따라서 제1 층(30)은 공정 챔버(50)의 용적부의 일부를 한정한다. 제2 층(40)이 기재(20)의 대향면에 제공되어 공정 챔버(50)의 용적부의 잔여부를 한정한다.
공정 챔버(50)의 용적부를 한정하는 재료의 적어도 일부가 선택된 파장의 전자기 에너지에 투과성인 것이 바람직할 수 있다. 선택된 파장은 여러 인자, 예를 들어 공정 챔버(50)에서 샘플을 가열 및/또는 검사하도록 설계되는 전자기 에너지, 샘플에 의해 방출되는 전자기 에너지(예컨대, 형광 발광) 등에 의해 결정될 수 있다.
제1 층(30)이 금속성 하위층(34)을 포함하는 장치(10)에서, 장치(10)의 제2 층(40)에 사용되는 재료가 선택된 파장의 전자기 에너지를 투과시키는 것이 바람직할 수 있다. 투과성 공정 챔버(50)를 제공함으로써, (원하는 경우에) 챔버의 샘플이 선택된 파장의 전자기 에너지에 의해 검사될 수 있고, 그리고/또는 샘플로부터 방출되는 선택된 파장의 전자기 에너지가 공정 챔버(50) 외부로 투과될 수 있어, 이는 적합한 기술 및 장비에 의해 검출될 수 있다. 예를 들어, 전자기 에너지는 자발적으로 또는 외부 여기(external excitation)에 응답하여 방출될 수 있다. 투과성 공정 챔버(50)는 또한, 색상 변화 또는 공정 챔버(50) 내의 활성도 또는 변화의 다른 지시기와 같은 다른 검출 기술을 이용하여 모니터링될 수 있다.
그러나, 몇몇 경우에, 선택된 파장의 전자기 에너지의 공정 챔버로의 투과를 방지하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 자외선 스펙트럼의 전자기 에너지가 공정 챔버 내에 위치된 임의의 시약, 샘플 물질 등에 불리하게 영향을 미칠 수 있는 경우에, 그 에너지의 공정 챔버 내로의 투과를 방지하는 것이 바람직할 수 있다.
도 2에 도시된 장치에서, 제1 층(30)은 바람직하게는, 제1 층(30)이 공정 챔버(50)의 내부 용적부와 대면하는 적어도 표면(37)에서 그렇지 않다면 평탄한 표면으로부터 편향되도록 하는 구조체를 포함한다. 예를 들어, 제1 층(30)은 원하는 형상을 갖는 내부 표면(37)을 형성하도록 캐스팅, 성형, 열성형, 엠보싱, 또는 달리 제조될 수 있다. 제1 층(30)에 형성되는 구조체의 형상은 변할 수 있지만, 공정 챔버(50)의 용적부와 대면하는 내부 표면(37)의 형상이 내부 표면(37)으로부터 반사된 전자기 에너지를 집속시킬 수 있는 오목형(예컨대, 포물형)인 것이 바람직할 수 있다.
제1 층(30)의 외부 표면, 즉 기재(20)로부터 멀리 향하는 표면은 또한 장치(10)의 회전시 공기유동이 제1 층(30)에 걸쳐 교란되도록 하는 배플 구조체(38)를 포함하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 제1 층(30)에 걸쳐 공기유동을 교란시킴으로써, 제1 층(30)으로부터 주위 대기로의 에너지의 열전달이 향상될 수 있다. 도시된 제1 층(30)은 금속성 하위층(34)의 내부 표면(37)의 형상에 대응하는 형상을 갖는 배플 구조체(38)를 포함하지만, 배플 구조체(38)의 형상은 대안적으로 내부 표면(37)의 형상과 상이할 수 있다.
금속성 하위층(34)은 바람직하게는 금속성 하위층(34)에 사용되는 금속 또는 금속들에 의한 임의의 샘플의 오염을 방지하기 위해 공정 챔버(50)의 내부 용적부에 노출되지 않는다. 선택적인 패시베이션층(32)은 공정 챔버(50)의 내부 용적부로의 금속성 하위층(34)의 노출을 방지하기 위해 제공된다. 패시베이션층(32)에 사용되는 재료는 바람직하게는 기재(20)에 사용되는 재료 및 금속성 하위층(34) 둘 모두에, 예컨대 접착제, 열 밀봉 등에 의해 고정 부착될 수 있다. 패시베이션층(32)에 사용되는 재료가 공정 챔버(50) 내에 위치된 샘플의 임의의 물질과 비반응성인 것이 또한 바람직하다. 패시베이션층(32)에 적합한 재료의 예는 열가소성 재료, 폴리프로필렌(예컨대, 아이소택틱 폴리프로필렌), 폴리에틸렌, 폴리에스테르 등을 포함할 수 있지만, 그에 한정되는 것은 아니다.
패시베이션층(32)이 단일의 균질한 구조체로서 도시되지만, 이는 동일 또는 상이한 재료의 2개 이상의 층으로서 형성될 수 있다. 예를 들어, 패시베이션층(32)의 예컨대 금속성 하위층(34)에 대한 접착력을 향상시키기 위해 접착 촉진층이 사용될 수 있다. 접착 촉진층은 예를 들어 열 밀봉가능하거나, 감압 접착제, 핫멜트 접착제, 경화가능 접착제 등일 수 있다.
또한, 패시베이션층(32)이 바람직하게는 금속성 하위층(34)과 실질적으로 동일한 공간에 걸쳐 있지만, 패시베이션층(32)은 공정 챔버(50)의 내부로의 금속성 하위층(34)의 노출을 방지하는 불연속 패턴으로 금속성 하위층(34)에 마련될 수 있다.
패시베이션층(32)의 재료 및/또는 두께는 또한 바람직하게는 아래의 금속성 하위층(34)으로부터의 반사를 현저한 흡수 또는 확산 없이 허용하기 위해 선택된 파장의 전자기 에너지를 투과시키도록 선택될 수 있다. 이는 금속성 하위층(34)의 내부 표면의 형상이 전자기 에너지의 얼마간의 집속을 제공하도록 설계되는 경우에 특히 그러할 수 있다. 또한, 공정 챔버(50)의 임의의 샘플 물질로부터 금속성 하위층(34)으로의 열 에너지의 전달이 실질적으로 억제되지 않도록 (에너지가 대기 또는 다른 구조체로 소산될 수 있도록) 패시베이션층(32)이 비교적 얇은 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 패시베이션층(32)이 아이소택틱 폴리프로필렌인 경우에, 층(32)은 바람직하게는 약 0.13 ㎜(0.005 인치) 이하, 보다 바람직하게는 약 0.05 ㎜(0.002 인치) 이하일 수 있다.
금속성 하위층(34)은 여러 형태를 취할 수 있다. 층(34)이 단일의 균질한 구조체로서 도시되지만, 이는 층이 2개 이상인 다층 구조체로서 제공될 수 있다. 금속성 하위층(34)이 본질적으로 하나 이상의 금속으로 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 금속성 하위층(34)에 사용될 수 있는 적합한 금속의 예는 알루미늄, 스테인레스 강, 구리, 티타늄, 은, 금, 주석 등을 포함한다. 금속성 하위층(34)의 한 가지 잠재적인 이점은 금속층이 장치(10)의 열점으로부터 멀리 열을 전도하거나 그의 냉점으로 열을 전도함으로써 공정 챔버(50)들 사이의 온도를 평형시키는 데 도움을 줄 수 있다는 것이다.
층(34)의 두께는 공정 챔버(50)에서의 샘플의 신속한 열 사이클링을 용이하게 하기 위해 비교적 낮은 열 질량을 제공하도록 선택될 수 있다. 그러나, 금속성 하위층(34)의 낮은 열 질량에 대한 요구는 여러 인자에 의해 균형을 이룰 수 있다.
예를 들어, 낮은 열 질량을 갖는 금속성 하위층(34)에 대한 요구는 장치(10)를 가로지른, 예컨대 챔버(50)들 사이의 열 전도율에 대한 요구에 의해 균형을 이룰 수 있다. 장치(10)를 가로지른 열 전도율은 챔버간 온도 균일성뿐만 아니라 동등한 챔버간 온도 전이율에도 기여할 수 있다.
감소된 열 질량에 대한 요구와 균형을 이룰 다른 인자는 제1 층(30)의 완결성(integrity)에 대한 필요성이다. 많은 장치(10)에서, 금속성 하위층(34)은 제1 층(30)의 구조적 완결성의 상당한 부분, 또는 심지어는 그의 대부분을 제공할 수 있다. 너무 얇거나 부적당한 금속 또는 금속들로 제조된 금속성 하위층(34)은 장치(10)에 충분한 완결성을 제공하지 못할 수 있다. 예를 들어, 금속성 하위층(34)이 공정 챔버(50), 분배 채널(예컨대 도 3 참조), 배플 구조체(38) 등의 형성에 도움을 주도록 형성되는 (예컨대, 스탬핑 등이 되는) 경우에, 금속 또는 금속들과 그 들의 두께는 그러한 공정을 따라야 한다.
금속성 하위층(34)에 사용되는 금속 또는 금속들의 장벽 특성과 그들의 두께는 또한 감소된 열 질량에 대한 요구와 균형을 이룰 필요가 있을 수 있다. 예를 들어, 금속성 하위층(34)은 공정 챔버(50)에서 수행되는 열적 처리에 응답하여 충분한 증기에 대한 장벽 특성을 제공하기에 충분히 두꺼울 필요가 있을 수 있거나, 또는 예를 들어 감습 시약(moisture sensitive reagent)(52)이 공정 챔버(50) 내에 예비 적재되는 경우에 장치(10)의 저장 수명을 연장시키기에 충분히 두꺼울 필요가 있을 수 있다.
금속성 하위층(34)의 두께와 그의 금속 또는 금속들을 선택할 때 고려할 또 다른 인자는 반사도에 대한 필요성일 수 있다. 금속성 하위층이 너무 얇고 그리고/또는 부적당한 금속으로 형성되면, 이는 전자기 에너지의 선택된 파장에 걸쳐 충분한 반사도를 나타내지 못할 수 있다.
전술된 모든 고려사항이 균형을 이룰 때, 금속성 하위층(34)의 두께는 약 1 ㎜(0.04 인치) 이하인 것이 바람직할 수 있으며, 보다 바람직하게는 약 0.5 ㎜(0.02 인치) 이하, 보다 더 바람직하게는 약 0.25 ㎜(0.010 인치) 이하일 수 있다. 범위의 하한치(lower end)에서, 금속성 하위층(34)의 두께는 바람직하게는 장치(10)의 제1 층(30)에 원하는 반사도 및/또는 구조적 완결성을 제공하기에 충분할 수 있다. 예를 들어, 금속성 하위층(34)은 두께가 적어도 약 0.013 ㎜(0.0005 인치)인 것이 바람직할 수 있으며, 두께가 보다 바람직하게는 적어도 약 0.001 인치(0.025 ㎜), 더욱 더 바람직하게는 약 0.003 인치(0.075 ㎜)일 수 있다.
금속성 하위층(34)에 적합한 두께의 실제 범위는 층의 형성에 사용되는 금속 또는 금속들의 열적 특성에 적어도 부분적으로 의존할 수 있다. 층(34)이 알루미늄으로 형성되는 경우에, 층(34)은 바람직하게는 예컨대 약 0.025 밀리미터(㎜) 내지 약 0.25 ㎜ 범위의 두께를 가질 수 있다.
대안으로서, 본 발명의 장치에 요구되는 반사 특성은 비금속성 반사 재료에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 원하는 반사도를 제공하는 데, 또는 본 발명의 장치에 사용되는 금속층의 반사도를 향상시키는 데 다층 중합체 필름이 사용될 수 있다. 본 발명과 관련하여 유용할 수 있는 반사 중합체 필름이 미국 특허 제5,882,774호(존자(Jonza) 등)와; 미국 특허 제6,101,032호(워트만(Wortman) 등)와; 국제 특허 공개 WO 99/36809호, WO 99/36810호, WO 99/36812호, WO 99/36248호 및 WO 99/36258호에 개시된다.
공정 챔버(50)로부터 멀리 향하는 금속성 하위층(34)의 표면에 제공되는 선택적인 보호층(36)이 또한 도 2에 도시된다. 보호층(36)은 금속성 하위층(34)의 완결성을 보호할 수 있고 그리고/또는 장치(10)의 인성(toughness)을 증가시킬 수 있다. 보호층(36)의 다른 잠재적인 이점은 (금속성 하위층(34) 외부로의 열 에너지 전달율에 불리한 영향을 미칠 수 있는) 금속성 하위층(34)의 산화의 저감 또는 방지이다.
금속성 하위층의 일 면 상의 외부 보호층과 금속층의 타 면 상의 패시베이션층 둘 모두를 제공하는 것의 또 다른 이점은 제1 층(30)의 형성성(formability)이 향상될 수 있다는 것이다. 예를 들어 금속성 하위층(34)을 포함하는 장치의 일 면 이 공정 챔버(예컨대 도 3 참조), 분배 채널, 배플 구조체, 또는 임의의 다른 특징부를 제공하도록 형성되는 것이라면, 금속성 하위층을 포함하는 면의 형성성은 금속성 하위층이 양면에서 덮이는 경우에 향상될 수 있다. 이는 성형(예컨대, 플러그 성형, 진공 성형, 열성형 등)을 수반하는 형성 공정에 대해 특히 그러할 수 있다.
보호층(36)에 사용되는 재료 및 두께는 바람직하게는 층(36)이 금속성 하위층(34) 외부로의 열 에너지 전달에 실질적으로 영향을 미치지 않도록 하는 것이다. 한 가지 적합한 보호층(36)의 일례는 약 0.025 ㎜(0.001 인치)의 두께를 갖는 에폭시의 얇은 코팅이다. 비금속 보호층 재료의 다른 예는 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등을 포함하지만, 그에 한정되는 것은 아니다.
제1 층(30)에 대한 위의 기준들 중 많은 것을 충족시킬 수 있는 한 가지 제품은 미국 뉴욕주 로체스터에 소재한 마쉬 바이오메디컬 프로덕츠 인크.(Marsh Biomedical Products, Inc.)로부터 명칭 AB-0559로 입수가능한 열 밀봉 금속 포일이다.
도 3은 본 발명에 따른 장치(110)의 다른 예시적인 실시 형태의 부분 확대 단면도로서, 이러한 장치의 제2 층(140)이 도 4에 제공된 평면도로 도시된다. 장치(110)는 전술한 장치(10)와 거의 동일한 방식으로 구성되는 기재(120), 제1 층(130) 및 제2 층(140)을 포함한다. 장치(110)의 제1 층(130)은 장치(10)의 선택적인 외부 보호층을 포함하지 않고 바람직하게는 패시베이션층(132) 및 금속성 하위층(134)으로 구성되는 것에 주목하여야 한다.
장치(10)와 장치(110) 사이의 다른 차이들 중에서 한 가지는 공정 챔버(150)와 유체 연통되는 분배 채널(160)이 주로 제1 층(130)의 구조체로서 형성되는 것이다. 제1 층(130)에 채널(160)을 형성하는 데 필요한 구조체는 또한 장치(110)의 바닥에 배플 구조체(138)를 제공할 수 있다. 하부층(130)에 형성되는 배플(138)은 샘플 물질을 공정 챔버(150)로 분배하는 데 필요한 분배 채널(160)의 형태를 취할 수 있다. 그러한 패턴의 한 가지 예가 도 1에 채널(60)로 도시된다.
다른 차이는 제2 층(140)이 또한 장치(110)의 회전시 장치에 걸쳐 공기유동에 난류를 증가시키도록 설계된 배플 구조체(142)를 포함할 수 있는 것이다. 배플(142)은 도 3 및 도 4에서 도시된다. 커버층(140)의 도시된 배플(142)이 장치(110)에 반경 방향으로 배열되지만, 그들은 장치(110) 외부로의 열전달을 향상시키는 난류 유동 또는 다른 유동을 향상시키도록 설계되는 임의의 패턴으로 제공될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 배플(142)은 제2 층(140)과 일체일 수 있거나, 그들은 제2 층(140)에 접착되거나 그렇지 않으면 부착되는 별도의 물품으로서 제공될 수 있다.
본 발명의 장치와 관련하여 이제까지 논의된 배플 구조체에 대한 한 가지 변형예가 도 4A 및 도 4B에 도시된다. 실질적으로 장치의 표면 전체에 걸쳐 난류 유동을 유발하기보다는, 장치(110')의 선택된 부분에 걸쳐 제어된 공기유동을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 선택된 부분은 바람직하게는, 예를 들어 도 4A 및 도 4B에 도시된 바와 같은 공정 챔버(150')를 포함할 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 공정 챔버(150') 중 일부 또는 전부에 개별 배플 구조체(138')를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
실질적으로 장치의 표면 전체에 걸쳐 난류 유동을 증대시키는 구조체를 제공하는 것과 대조적으로, 도 4A 및 도 4B에 도시된 배플 구조체(138')는 선택된 영역에서 공기유동에 대해 보다 우수한 제어를 제공할 수 있다. 그러나, 다수의 배플 구조체(138')가 제공되는 경우에, 최종 결과는 여전히 실질적으로 장치의 표면 전체에 걸친 난류 유동일 수 있다.
배플 구조체(138')는 방향성을 가지며, 즉 장치(110')가 화살표(139') 방향으로 이동할 때, 공기유동은 유선형 구조체(fairing)(141') 및 전환기(diverter)(142')에 의해 공정 챔버(150')에 걸쳐 그리고/또는 그 주위로 전환된다. 결과적으로, 배플 구조체(138')는 공정 챔버(150')에 걸쳐 비교적 정체된 공기의 풀(pool)을 생성할 수 있어서, 공정 챔버(150')가 원하는 온도로 가열될 수 있는 속도를 잠재적으로 향상시킬 수 있다.
장치(110')가 도 4B에 화살표(139")로 표시된 바와 같이 반대 방향으로 회전할 때, 전환기(142')가 공기를 포획 또는 퍼 올려 그것을 공정 챔버(150')에 걸쳐 지향시키도록 작동함에 따라, 공정 챔버(150')에 걸친 공기유동이 향상될 수 있다. 배플 구조체(138')는 도 4A의 방향(139')에 대향하는 방향(139")으로의 회전시 공정 챔버(150')의 대류 공기 냉각을 강화시킬 수 있다. 그러한 강화된 대류 냉각은 방향성 배플 구조체 없이 회전하는 장치에 비해서 공정 챔버(150') 외부로의 증가된 열 에너지 전달을 제공한다.
유선형 구조체(141')는 바람직하게는 방향(139")으로의 회전시 공정 챔 버(150')에 걸친 공기유동을 향상시키도록 좁은 선단 에지(leading edge)를 포함할 수 있다. 도 4A 및 도 4B에 도시된 것들 대신에 많은 대안적인 구조체가 사용될 수 있다. 예를 들어, 비교적 공기역학적 형상인 유선형 구조체(141')는 예를 들어 덜 공기역학적이기는 하지만 공정 챔버(150')에 걸쳐 정체된 공기의 원하는 풀을 생성하기에 효과적일 수 있는 하나 이상의 포스트 또는 다른 구조체에 의해 대체될 수 있다. 마찬가지로, 전환기(142')는 일 방향으로의 공기유동에 대한 원하는 보호 및 대향 방향으로의 공기유동의 집중을 제공하는 임의의 적합한 형태로 제공될 수 있다.
도 5는 도 3 및 도 4의 장치(110)의 다른 부분 확대 단면도이다. 본 도면은 예를 들어 공정 챔버(150)에 샘플 물질이 적재된 후에 장치(110)의 공정 챔버(150)들 사이의 교차 오염 또는 확산을 방지하기 위해 공정 챔버(150)를 밀봉 또는 격리시키는 하나의 기술을 설명한다. 설명된 기술은 제1 층(130)을 기재(120)에 대해 압착시킴으로써 채널(160)을 폐쇄시키는 것을 포함한다. 채널(160)의 밀봉은 기계식으로, 즉 단순히 채널(160)을 압착시킴으로써 달성될 수 있거나, 또는 기재(120)에 대한 제1 층(130)의 접착력 향상을 위해 열을 인가함으로써 달성될 수 있다. 대안적으로, 충분한 격리는 처리 중에 장치를 연속하여 회전시켜 샘플 물질이 원심력에 의해 공정 챔버에 유지되도록 함으로써 달성될 수 있다.
분배 채널의 밀봉은 샘플 물질의 분배 후 공정 챔버의 격리 외에 여러 목적을 위해 수행될 수 있다. 예를 들어, 선택된 분배 채널은 분배 시스템과의 유체 연통이 유지되는 공정 챔버의 충전에 필요한 샘플 물질의 용적을 감소시키기 위해 샘플 물질의 분배 이전에 밀봉될 수 있다. 다른 접근법에서, 장치를 사용하여 수행될 시험은 샘플 물질을 공정 챔버 내로 분배하기 전에 선택된 분배 채널을 밀봉시킴으로써 요구에 맞게 구성될 수 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따라 제조되는 장치(210)의 또 다른 예시적인 실시 형태를 도시한다. 장치(210)는 기재(220), 제1 층(230) 및 제2 층(240)을 포함한다. 장치(210)의 일 에지의 일부의 사시도인 도 6은 제1 층(230)에 제공된 배플(238) 및 제2 층(240)의 배플(242)을 도시한다. 결과적으로, 장치(210)의 주 면들 둘 모두는 그 표면에 걸쳐 난류 유동을 증대시키기 위해 적어도 하나의 배플, 바람직하게는 2개 이상의 배플을 포함한다.
도 7을 참조하면, 도 7은 공정 챔버(250) 및 그 공정 챔버(250)와 유체 연통되는 분배 채널(260)을 포함하는 장치(210)의 일부의 평면도이다. 도 8은 도 7의 선 8-8을 따라 취한 단면도로서, 공정 챔버(250) 및 분배 채널(260)을 도시하는데, 이들 둘 모두는 임의의 적합한 기술, 바람직하게는 마이크로복제 기술에 의해 기재(220) 내에 형성된다. 적합한 마이크로복제 기술의 예는 마이크로밀링, 사출 성형, 진공 성형, 레이저 제거, 포토리소그래피, 열성형, 엠보싱 등을 포함한다. 공정 챔버(250)는 기재(220)를 통해 형성되는 공극에 의해 주로 형성된다. 대안적으로, 공정 챔버(250)는 단지 기재(220)의 두께의 일부만을 통해 형성되는 함입부에 의해 형성될 수 있다.
장치(210)의 제1 층(230)은 위의 장치(10, 110)와 관련하여 논의된 바와 같은 임의의 금속 또는 금속성 하위층을 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다. 제1 층(230) 상의 배플(238) 및 제2 층(240) 상의 배플(242)이 또한 도 8에 도시된다.
본 발명에 따른 장치를 사용하여 열 사이클링 공정을 달성하기 위한 한 가지 예시적인 시스템이 도 9에 개략적으로 도시된다. 시스템(300)은 스핀들(314)에 위치되는 장치(310)를 포함하며, 스핀들은 장치를 축(312)을 중심으로 회전시킨다. 장치는 공정 챔버(350)를 포함하며, 이러한 공정 챔버 내로 샘플 물질이, 예를 들어 전술한 바와 같은 분배 채널 또는 임의의 다른 적합한 기술 및/또는 구조체에 의해 분배된다.
샘플 물질의 공정 챔버 내로의 분배 후에, 개별 챔버(350)는 공정 챔버(350)의 물질을 가열하는 전자기 에너지원(370)에 의해 공급되는 적합한 전자기 에너지에 의해 선택적으로 가열될 수 있다. 전자기 에너지원(370)은 바람직하게는 장치(310)로부터 멀리 떨어져 있으며, 즉 이는 장치(310) 상에 위치되지 않는다. 몇몇 적합한 전자기 에너지원의 예로는 레이저, 광대역 전자기 에너지원(예를 들어, 백색광) 등을 들 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 전자기 에너지원(370)은 여러 인자, 예컨대 샘플 물질의 원하는 온도, 열 에너지가 각각의 공정 챔버로부터 제거되는 속도, 원하는 온도 변화율, 공정 챔버가 반사 구성요소를 포함하는지의 여부 등에 기초하여 전자기 에너지를 연속적으로 또는 단속적으로 제공할 수 있다. 전자기 에너지원(370)이 순환되거나 또는 그와 달리 변하면, 위에서 논의된 정합 시스템이 선택된 양의 전자기 에너지를 선택된 공정 챔버에 전달하는 데 사용될 수 있다.
장치(310)가 회전함에 따라, 장치(310)의 표면에 걸친 공기유동은 샘플 물질이 전자기 에너지원(370)으로부터의 전자기 에너지에 의해 가열되는 상부 목표 온도(upper target temperature)로부터 선택된 기저 온도(base temperature)로 공정 챔버(350)의 샘플 물질을 냉각시키는 데 도움을 주는 것이 바람직하다. 몇몇 시스템들에서, 장치(310)의 일 표면 또는 양 표면은 냉각에 또한 도움을 주도록 대기에 노출될 수 있다. 그러나, 시스템(300)은 저온으로 유지될 수 있는 선택적인 기부판(380)을 포함한다. 장치(310)의 바닥을 기부판(380)과 접촉 유지시킴으로써, 처리 중 장치(310)가 회전함에 따라 가열 사이클들 사이에 공정 챔버(350)의 샘플 물질을 냉각시키는 데 도움을 줄 수 있다. 기부판(380)이 열 제어를 돕는 데 사용되면, 기부판과 장치(310) 사이의 열 전도율 향상을 위해 기부판(380)에 인접한 금속층을 통합하는 장치(310)를 사용하는 것이 도움이 될 수 있다.
다른 시스템들에서, 기부판(380)을 통해 공정 챔버의 가열 및 냉각 둘 모두를 촉진시키는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 가열 및 냉각은 각각의 공정 챔버(350) 아래의 기부판(380)에 열전 모듈(예컨대, 펠티에 소자, 저항성 히터 등)을 통합시킴으로써 용이해질 수 있다. 공정 챔버(350) 아래에 위치되는 링의 형태로 열전 모듈이 제공될 수 있거나, 다수의 개별 열전 모듈이 기부판(380)과 관련하여 사용될 수 있다. 기부판(380)을 사용한 공정 챔버(350)의 가열은 공정 챔버(350)의 더욱 신속한 가열 및/또는 보다 균일한 온도 분포를 제공하기 위해 전자기 에너지원(370)을 사용한 가열과 관련하여 수행될 수 있다. 따라서, 샘플 물질 온도에 대한 제어는, 전자기 에너지를 공정 챔버(350)로 전달함과 동시에 위에 공 정 챔버(350)가 위치되는 열전 모듈의 온도를 제어함으로써 달성될 수 있다.
도 9에 도시된 시스템(300)은 또한, 예를 들어 가압 공기 또는 임의의 다른 적합한 유체와 같은, 장치(310)의 표면으로 지향될 수 있는 유체 공급원(382)의 형태인 선택적인 추가 온도 제어 메커니즘을 포함한다. 사용되는 유체는 원하는 온도로 가열 또는 냉각될 수 있다. 샘플 물질을 고온과 저온 사이에서 순환시키는 것이 요구되는 경우에, 유체는 저온으로 제공될 수 있다. 장치(310)의 단지 일 표면으로만 지향되는 것으로 도시되지만, 원하는 경우에 유체는 장치의 양 표면으로 지향될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
시스템(300)은 또한 공정 챔버(350)의 샘플 물질의 처리 결과를 검출하기 위해 제공되는 검출 시스템(390)과 같은 여러 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 검출 시스템 및 방법은 장치(310)가 회전함에 따라 챔버의 형광 반응 생성물을 검출하는 공정 챔버(350)의 능동 검사(active interrogation)를 포함할 수 있다. 검출은 정성적 또는 정량적일 수 있다. 예를 들어 공정 챔버(350)의 물질의 온도 또는 다른 특성을 모니터링하기 위해 다른 검출 시스템이 제공될 수 있다.
열 사이클링 방법이 수행됨에 따라, 공정 챔버(350) 내의 온도는 챔버(350)로의 에너지 인가를 제어하기 위해 모니터링될 수 있다. 장치(310)의 샘플 물질 온도를 제어하도록 조작될 수 있는 변수들 중에는 레이저 또는 다른 광원의 강도, (레이저 또는 다른 광원에서의 공정 챔버 각각의 냉각율 및 체류 시간에 영향을 미칠 수 있는) 장치(310)의 회전 속도, 기부판(380)(또는 기부판(380)에 위치된 열전 모듈과 같은 임의의 구성요소)의 온도, 및 유체 공급원(382)의 온도 및 압력을 포 함한다.
장치(310)가 비통기성 분배 시스템을 포함하면, 가열 중 장치(310)를 회전시키는 것의 다른 이점은, 샘플 물질의 온도가 상승되어 증기가 형성됨에 따라, 이는 상류로, 즉 (분배 시스템 내로의 개구만이 위치되는 경우에) 장치(310)의 회전축 쪽으로 이동되어야 한다는 것이다. 그러나, 일단 챔버(350) 외부에 있으면, 열 에너지가 소산되어 증기의 응축을 유발한다. 그 다음, 응축된 샘플 물질은 회전에 의해 발생된 원심력으로 인해 샘플 챔버(350)로 복귀된다. 최종 결과는, 얼마간의 기화를 유발할 수 있는 급속한 가열 중에도, 샘플 물질은 대부분이 공정 챔버(350) 내에 유지된다는 것이다.
도 9A 및 도 9B는, 전자기 에너지를 흡수하는 재료로 형성될 수 있는 것이 바람직한 적어도 하나의 열 구조체(384')를 포함하는 대안적인 기부판(380')을 도시한다. 열 구조체(384')는 장치(310')의 공정 챔버 중 적어도 일부와 열 연통되어(도 9B 참조), 열 구조체(384')의 가열 또는 냉각이 이들 공정 챔버에서 해당 온도 변동을 유발할 수 있도록 한다. 도시된 실시 형태에서, 열 구조체(384')는 장치(310')의 하부 표면 및 그에 포함된 공정 챔버 중 적어도 일부와 접촉 위치된다.
열 구조체(384')는 바람직하게는, 도시된 실시 형태에서 장치(310')로부터 열 구조체(384')의 대향측에 위치되는 전자기 에너지원(370')에 의해 가열될 수 있다. 전자기 에너지원(370')은 전자기 에너지를 열 구조체(384')의 하부 표면에 지향시킨다. 열 구조체(384')는 에너지원(370')으로부터의 전자기 에너지 중 적어도 일부를 흡수하여 (열 구조체(384')의 온도가 상승되도록) 그 전자기 에너지를 열 에너지로 변환시킨다. 열 구조체(384')의 열 에너지는 전도에 의해 주로 장치(310')와 열 구조체(384') 사이에서 전달된다.
기부판(380')이 2개의 열 구조체(384')를 구비하는 것으로 도시되어 있지만, 기부판(380')은 장치(310')의 선택된 공정 챔버로 또는 그로부터 열 에너지를 전달하는 데 필요한 임의의 수의 열 구조체(384')를 포함할 수 있는 것이 이해될 것이다. 또한, 하나 초과의 열 구조체(384')가 제공되는 경우에, 열 구조체(384')는 상당량의 열 에너지가 상이하고 독립적인 열 구조체(384')들 사이에서 전달되지 않도록 상호 독립적인 것이 바람직할 수 있다.
전자기 에너지원(370')은 한 번에 단지 하나의 열 구조체(384')만으로 전자기 에너지를 제공하는 형태일 수 있거나, 이는 2개 이상의 열구조체(384')를 동시에 가열할 수 있다. 상이한 시점에 상이한 열 구조체(384')의 가열이 요구되면, 각각의 열 구조체(384')에 전용인 별개의 전자기 에너지원(370')을 제공하는 것, 단일 에너지원(370')이 가열될 열 구조체(384')와 대면하게 위치되도록 단일 에너지원을 이동시키는 것, 선택된 시점에 필요한 열 구조체(384')로 전자기 에너지를 제공하는 셔터링 시스템(shuttering system)을 제공하는 것 등이 바람직할 수 있다.
열 구조체(384')는, 재료가 충분한 열 전도율을 보유하고 전자기원(370')에 의해 발생된 전자기 에너지를 충분한 속도로 흡수한다면 그러한 여러 재료로 형성될 수 있다. 게다가, 열 구조체(384')를 위해 사용되는 재료 또는 재료들이 충분한 열용량을 가져 열용량 효과를 제공하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 예로는 알루미늄, 구리, 금 등을 포함하지만, 그에 한정되는 것은 아니다. 열 구조체(384')가 자신이 전자기 에너지를 충분한 속도로 흡수하지 못하는 재료로 구성된다면, 열 구조체(384')는 에너지 흡수를 향상시키는 재료를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 열 구조체(384')는 카본 블랙, 폴리피롤, 잉크 등과 같은 전자기 에너지 흡수성 재료로 코팅될 수 있다.
전자기원(370')과 함께 열 구조체(384')를 사용하는 것의 한 가지 잠재적인 이점은 전자기 에너지원과 장치(310')의 공정 챔버 내에 위치된 임의의 시약 또는 다른 물질 사이의 상용성(compatibility)이 향상될 수 있다는 것이다. 열 구조체(384')는 바람직하게는 전자기 에너지원(370')에 의해 발생된 전자기 에너지에 불투과성일 수 있다. 결과적으로, 공정 챔버 내의 물질은, 몇몇 경우에 원하는 반응에 불리할 수 있는 전자기 에너지에 대한 직접적인 노출로부터 실질적으로 보호될 수 있다.
열 구조체(384')가 하위판(sub-plate)(386')의 상부 표면에 위치되는 것으로 도시되지만, 열 구조체(384')를 통합하는 임의의 적합한 설계가 사용될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 예를 들어, 열 구조체(384')는 하위판(386') 내에 매립될 수 있거나, 하위판(386')이 제공되지 않을 수 있다(이때 열 구조체(384')는 예를 들어 일련의 반경 방향 스트럿 또는 다른 구조체에 의해 상호 연결됨). 그러나, 하위판(386')이 사용되는 경우에, 이는 바람직하게는 전자기 에너지에 투과성일 수 있어, 전자기 에너지가 원하는 가열 효과의 제공을 위해 열 구조체(384')에 도달할 수 있도록 한다.
대안적으로, 하위판(386')은 전자기 에너지원(370')에 의해 제공되는 전자기 에너지에 열 구조체(384')의 선택된 부분을 노출시키는 개구를 포함할 수 있다. 하위판(386')이 열 구조체(384')의 하부 표면을 노출시키는 개구를 포함하는 경우에, 하위판(386')의 재료는 전자기원(370')으로부터의 전자기 방사에 불투과성일 수 있다.
열 구조체(384')에서 단지 한정된 양의 (만일 있을 경우에) 열 에너지만이 하위판(386')에 전달되도록 열 구조체(384')가 하위판(386')으로부터 비교적 단열되는 것이 또한 바람직할 수 있다. 그러한 단열은, 예를 들어 단지 한정된 양의 열 에너지만을 흡수하는 재료, 예컨대 중합체 등으로 하위판(386')을 제조함으로써 달성될 수 있다.
기부판(380')은 또한 선택적으로 열 구조체(384')의 온도를 검출하는 센서를 포함할 수 있다. 도 9A 및 도 9B는 열 구조체(384')와 접촉 위치되는 2개의 센서(388')를 도시하며, 센서(388')로부터의 정보는 전자기 에너지원(370')에 의해 제공되는 에너지의 양을 제어하는 데, 또는 열 구조체(384')의 가열 및 냉각 둘 모두에 대한 임의의 시스템 제어의 일부로서 기부판(380')의 회전 속도 및/또는 지속 시간을 제어하는 데 사용될 수 있다. 대안적으로, 열 구조체 온도 또는 장치(310')의 공정 챔버 내의 온도가 예를 들어 적외선 방출 등에 의해 원격으로 모니터링될 수 있다.
도 9A 및 도 9B의 기부판(380')이 실질적으로 연속하는 원형 링의 형태로 열 구조체(384')를 포함하지만, 열 구조체(384')는 대안적으로, 예컨대 원, 정사각형 과 같은, 장치(310')의 공정 챔버 아래에 위치되는, 전도에 의해 가열되는 일련의 불연속 열적 요소로서 제공될 수 있다. 그러나, 연속 링의 열 구조체의 한 가지 이점은 열 구조체(384') 각각의 온도가 가열 중 평형될 수 있어서, 연속 열 구조체 위에 위치된 모든 공정 챔버에 대한 챔버간 온도 균일성을 잠재적으로 향상시킬 수 있다는 것이다.
기부판(380')을 사용하는 방법은 많은 면에서 전술한 시스템(300)의 사용과 유사할 것이며, 이때 추가 사항은 전자기원(370')이 기부판(380')의 열 구조체(384')에 지향되는 것이다. 전자기 에너지원(370')에 의해 제공된 에너지는 (예를 들어 전자기 에너지원(370')의 출력을 변경시키거나, 셔터 시스템을 제공하거나, 기타 등등에 의해서) 원하는 공정 챔버 온도를 얻도록 제어될 수 있다.
기부판(380')의 열 구조체(384')를 사용한 공정 챔버의 가열은 장치(310')의 공정 챔버의 더욱 신속한 가열 및/또는 보다 균일한 온도 분포를 제공하기 위해 장치(310') 위에 위치된 전자기 에너지원을 사용한 가열과 관련하여 수행될 수 있다. 그러한 시스템 및 방법에서, 전자기 방사는 공정 챔버로 직접 전달될 수 있고(도 9에 도시된 시스템 및 방법을 참조), 공정 챔버는 열 구조체(384')를 사용한 아래로부터의 열 에너지 전도에 의해 동시에 가열된다. 다른 대안에서, 장치(310')의 공정 챔버는 단지 열 구조체(384')만을 사용해서, 즉 예를 들어 장치(310') 위에 위치되는 전자기 에너지원(370)을 사용하여 임의의 전자기 에너지를 직접 공정 챔버 내로 지향시킬 필요 없이, 가열될 수 있다.
도 9C에 도시된 또 다른 변형예에서, 기부판(380")의 바닥이 도시된다. 일 련의 개구(383")가 기부판(380")의 바닥에 제공되며, 개구(383")는 스트럿(385")에 의해 분리된다. 열 구조체(384")의 하부 표면은 열 구조체(384")에 지향되는 전자기 에너지가 전술한 바와 같이 흡수되어 열 에너지로 변환될 수 있도록 개구(383") 내에 노출된다.
열 구조체(384")에 부착되거나 그 내에 매립되는 열전 모듈(388")이 또한 도 9C에서 도시된다. 열전 모듈(388")은 예컨대 펠티에 소자, 저항 히터 등의 형태로 제공될 수 있다. 다수의 열전 모듈(388")이 도시되지만, 대안적으로 단일 열전 모듈이 제공될 수 있다.
기부판(380")에 대해서, 열 구조체(384")의 온도는 열전 모듈(388")의 온도를 단독으로 제어함으로써 또는 열 구조체(384")의 하부 표면에 지향된 전자기 에너지와 조합하여 제어함으로써 제어될 수 있다. 열 구조체(384")의 온도가 열전 모듈(388")의 온도를 단독으로 제어함으로써 제어되는 경우에 (즉, 열 구조체(384")가 열 구조체(384")의 하부 표면에 지향된 전자기 에너지를 열 에너지로 변환시킴으로써 가열되지 않는 경우에), 열 구조체(384")의 제조에 선택되는 재료는 재료의 전자기 에너지 흡수 능력을 고려하지 않고서 그들의 열 전도율에 기초하여 선택될 수 있다. 적합한 재료는, 예를 들어 (예컨대 알루미늄, 금, 구리 등과 같은) 금속을 포함할 수 있지만, 그에 한정되는 것은 아니다.
열전 모듈(388")을 열 구조체(384")와 조합함으로써, 열 구조체(384")가 개별 열전 모듈(388")의 작동 특성의 변동을 평형시키는 싱크(sink)로서 기능을 하기 때문에 향상된 온도 균일성의 형태로 이점이 얻어질 수 있다.
열전 모듈(388")은 열 구조체(384") 위에 위치된 장치의 공정 챔버의 샘플 물질의 온도를 제어하는 데 다른 선택안을 제공한다. 열전 모듈(388")은 3개의 열원을 제공하도록 전자기 에너지를 공정 챔버 내로 지향시키는 것과 전자기 에너지를 열 구조체(384")에 지향시키는 것에 더하여 사용될 수 있다. 대안적으로, 열전 모듈(388")은 기부판(380") 위에 위치된 장치의 공정 챔버를 가열하는 데 단독으로 사용될 수 있거나, 또는 (열 구조체(384")의 하부 표면에 지향된 전자기 에너지가 없는 경우에) 그들은 장치의 공정 챔버 내로의 직접적인 전자기 에너지 전달과 관련하여 사용될 수 있다.
최종 결과는, 전자기 에너지를 공정 챔버 내로 직접 제공할 수 있는 능력과, 충돌하는 전자기 에너지를 열 에너지로 변환시켜 장치의 공정 챔버로 전도할 수 있는 열 구조체와, 열 구조체의 (그리고 다음으로 열 구조체와 열 연통되는 임의의 공정 챔버의) 온도를 제어하도록 온도가 제어될 수 있는 열전 모듈을 구비하는 시스템이다. 결과적으로, 기부판에 위치된 장치의 공정 챔버 내의 샘플 물질의 온도는 여러 방식으로 제어될 수 있다.
이제 본 발명에 따른 대안적인 장치(410)의 부분 단면도를 도시하는 도 10을 참조하면, 감온재(temperature sensing material)(454)가 장치(410)의 공정 챔버(450) 내에 위치될 수 있다. 가능한 감온재(454) 중에는 감온변색 염료, 감온 형광 물질, 비색 상전이(colorimetric phase transition)를 갖는 액정 물질 등을 통합하는 구조체가 있다. 이들 물질이 공정 챔버(450)의 임의의 샘플 물질과 직접 접촉하고, 도시된 실시 형태에서 감온재(454)가 공정 챔버(450)의 적어도 일부를 둘러싸는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 그러한 감온재(454)를 제공하기 위한 많은 다른 구조 및 기술이 도 10에 도시된 것을 대체할 수 있다. 예를 들어, 제1 층(430) 또는 기재(420)의 일부는 감온재로 도핑 또는 코팅될 수 있다.
다른 가능한 감온재의 사용이 도 10A에 도시되며, 여기서는 (본 예에서 필름의 형태로 제공되는) 액정 물질이 온도 피드백 정보를 공급하도록 제공된다. 예컨대 섭씨 2도의 비교적 좁은 비색 상전이 윈도우를 갖는 몇몇 액정 물질이 사용가능하다. 그러한 좁은 전이 윈도우 온도 센서는 예를 들어 열적 처리 시스템에서의 선택된 저온 및 고온을 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 보다 넓은 전이 윈도우를 갖는 다른 액정 물질이 상한 지시기와 하한 지시기 사이에서 그들의 색상 변화에 대해 모니터링될 수 있다. 액정 물질의 한 가지 잠재적인 이점은 그들의 현색 변화(exhibited color change)가 예를 들어 분광광도계를 사용한 색상 변화를 검출함으로써 원격으로, 즉 물질과 접촉하지 않고서 모니터링될 수 있다는 것이다.
액정 물질을 통합한 필름은 도 10에 대해 전술한 바와 같이 공정 챔버의 샘플 물질과 접촉하여 위치될 수 있다(도면 부호 454 참조). 도 10A에 도시된 다른 대안에서, 액정 필름(454')은 공정 챔버(450') 아래에 위치되는 열 구조체(484')에 위치된다(여기서 열 구조체(484')는 예를 들어 도 9A 내지 도 9C와 관련하여 전술한 것들과 구성에서 유사함). 그러한 시스템에서, 필름(454')은 열 구조체(484')로의 전자기 에너지의 전달을 제어하는 비접촉식 온도 서보 제어 시스템의 정확성을 확인하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 선택된 저온(예컨대, 약 50℃ 내지 약 52℃)을 모니터링하는 데 저온 지시기가 사용될 수 있고, 선택된 고온(예컨대, 약 94℃ 내지 약 96℃)을 모니터링하는 데 고온 지시기가 사용될 수 있으며, 선택된 저온과 고온 사이에서 열 구조체(484')의 온도를 모니터링하는 데 광역 지시기(예컨대, 50℃ 내지 약 100℃)가 사용될 수 있다. 광역 지시기의 한 가지 대안은 저온 지시기와 고온 지시기 사이에 산재된 일련의 보다 협역의 지시기일 수 있다.
액정 필름 온도 지시기는 유일한 온도 피드백 제공원으로 사용될 수 있거나, 그들은 정확성을 확인하고 예를 들어 전술한 열전대와 같은 다른 온도 센서를 달리 보정하는 데 사용될 수 있다.
도 11은 전자기 에너지 수용재(556)가 공정 챔버(550)에 인접하게 위치되는 본 발명에 따른 다른 장치(510)를 (부분 단면도로) 도시한다. 전자기 에너지 수용재(556)가 공정 챔버(550)의 임의의 샘플 물질과 직접 접촉하고, 도시된 실시 형태에서 전자기 에너지 수용재(556)가 공정 챔버(550)의 적어도 일부를 둘러싸는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 전자기 에너지 수용재(556)를 제공하기 위한 많은 다른 구조 및 기술이 도 11에 도시된 것을 대체할 수 있다. 예를 들어, 기재(520) 또는 제1 층(530)의 일부는 전자기 에너지 수용재로 코팅될 수 있다.
전자기 에너지 수용재(556)는, 전자기 방사를 어떤 형태로든 열 에너지로 변환시킬 수 있다면, 여러 형태를 취할 수 있다. 이어서, 그러한 열 에너지는 예컨대 전도에 의해 공정 챔버(550)의 샘플 물질로 전달될 수 있다. 몇몇 적합한 재료의 예가 미국 특허 제5,278,377호(차이(Tsai)), 제5,446,270호(챔버레인(Chamberlain) 등), 제5,529,708호(팜그렌(Palmgren) 등) 및 제5,925,455호(브루존(Bruzzone) 등)에 설명된 것들을 포함할 수 있다. 전자기 에너지 흡수재를 사용 한 열적 공정은 예를 들어 미국 특허 제5,721,123호(헤이즈(Hayes) 등)에서 설명된다.
전자기 에너지 수용재(556)를 사용하는 것의 이점은 장치(510)의 샘플 물질이 장치(510)와의 물리적 접촉 없이 가열될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 전자기 에너지 수용재(556)가 무선 주파수(RF) 방사를 감지하면, 장치(510)는 공정 챔버(550)가 원하는 가열을 얻기에 충분한 시간 동안 RF 필드 내에 내재되도록 회전될 수 있다. 유사한 비접촉 가열이 마이크로파 방사 등으로 얻어질 수 있다. 그러나, 전자기 방사가 제공되는 형태는 공정 챔버(550) 내에 위치된 샘플 물질과의 상용성을 가져야 하는 것으로 이해될 것이다.
전자기 에너지 수용재는 예를 들어 염료 분자, 카본 분산물, 다이아몬드상 카본, 폴리피롤과 같은 전도성 중합체와 같은, 가시 영역, 근적외선(NIR) 영역 및 원적외선 영역에서 광을 흡수하는 흡수재를 포함할 수 있다. 흡수재는 구조체의 벽에 코팅되는 필름의 형태로 제조될 수도 있고, 마이크로캡슐 내에 통합될 수 있으며, 비드의 표면에 또는 발포체의 형태로 또는 챔버의 외면에 대한 그러한 재료의 코팅에 의해 열 근접도(thermal proximity)를 갖는 구조로 코팅될 수도 있고, 이때 챔버 사이의 개재 물질은 열 전도를 수행한다.
예를 들어 NIR 염료 또는 다른 흡수재로 함침되는 폴리카보네이트 필름은 용매 캐스팅(solvent casting)에 의해 마련될 수 있다. 이들 필름은 공정 챔버에 대한 접합에 의해, 또는 공정 챔버에서의 필름의 현장 캐스팅(in situ casting)에 의해 장치 내에 통합될 수 있다. 다른 가능한 실시 형태는 중합 유기 또는 무기 물 질로 제조되는, 마이크로캡슐, 중공 비드 등과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는 캡슐화된 흡수 분자를 매트릭스에 사용하는 것이다.
카본계 시스템, 예를 들어 다이아몬드상 카본(DLC)이 또한 필름으로서 사용될 수 있다. DLC는 폴리카보네이트와 같은 기재에 플라즈마 화학 증착(plasma assisted chemical vapor deposition)에 의해 침착될 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버는 예컨대 패턴화된 DLC 필름의 형성을 위해 마스크화 절차(masked procedure)에 의해 DLC 필름으로 코팅될 수 있다.
도 12는 장치(510)가 축(512)을 중심으로 장치를 회전시키는 스핀들(514)에 위치되는 다른 시스템(500)을 개략적으로 도시한다. 장치(510)는 공정 챔버(550)를 포함하며, 이러한 공정 챔버 내로 샘플 물질이, 예를 들어 전술한 바와 같은 분배 채널 또는 임의의 다른 적합한 기술 및/또는 구조에 의해 분배된다.
샘플 물질의 공정 챔버 내로의 분배 후에, 개별 챔버(550)는 장치(510)의 전자기 에너지 수용재를 가열하도록 전자기 에너지원(570)에 의해 공급되는 적합한 전자기 에너지, 예를 들어 RF, 마이크로파 등에 의해 선택적으로 가열될 수 있다. 이어서, 전자기 에너지 수용재는 열 에너지를 공정 챔버(550)의 샘플 물질에 전달할 수 있다. 전자기 에너지원(570)은 위에서 시스템(300)에 대해 전술한 바와 같이 연속적으로 또는 단속적으로 제공될 수 있다. 시스템(300)(도 9 참조)과 관련하여 논의된 것들과 같은 여러 냉각 및 검출 메커니즘이 또한 시스템(500) 내에 통합될 수 있다.
도 13 내지 도 16은 본 발명에 따른 장치의 다른 실시 형태를 도시한다. 장 치(610)의 일부가 여러 평면도 및 부분 단면도로 도시된다. 일반적으로, 장치(610)는 바람직하게는 예를 들어 도 1에서 보인 것과 유사한 디스크의 형태일 수 있다. 장치(610)는 여러 구조체가 형성되어 있는 코어(620)를 포함한다. 제1 커버층(630)이 코어(620)의 제1 주 면(622)에 부착되고, 제2 커버층(640)이 코어(620)의 제2 주 면(624)에 부착된다. 도 13 내지 도 16은 도 1의 장치(10) 주위에 배열된 공정 챔버(50)와 유사한 방식으로 장치(610) 주위에 수 회 복제될 수 있는 한 세트의 상호연결된 공정 챔버 및 다른 특징부를 도시한다. 상호연결된 공정 챔버 및 다른 특징부의 각 세트는 공정 챔버 어레이를 형성하는 것으로 설명될 수 있으며, 다수의 공정 챔버 어레이는 장치(610) 주위에 대체로 반경 방향으로 배열된다.
도 13은 도 14의 선 13-13을 따라 취한, 공정 챔버 어레이 중 하나를 포함하는 장치(610) 일부의 부분 단면도이고, 도 14는 제2 커버층(640)이 제거된 코어(620)의 제2 주 면(624)의 평면도이다. 도 15는 도 16의 선 15-15를 따라 취한 장치(610) 일부의 부분 단면도이고, 도 16은 제1 커버층(640)이 제거된 코어(620)의 제1 주 면(622)의 평면도이다.
제1 커버층(630)은 전술된 여러 구성의 다수의 하위층(632, 634, 636)을 포함할 수 있다. 제1 커버층(630)이 전술된 실시 형태에서 논의된 바와 같은 (예컨대, 금속성, 중합체성 등인) 반사 하위층을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 제2 커버층(640)은, 예를 들어 둘 모두가 선택된 파장의 전자기 에너지에 광학적으로 투명하거나 달리 투과성일 수 있는 접착제(642) 및 기재(644)를 포함할 수 있다.
코어(620)에 형성되는 특징부들 중에는 도시된 실시 형태에서 환형 링(그의 단지 일부만이 도 13 내지 도 16에 보여짐)의 형태인 적재 챔버(662a)가 있다. 적재 챔버(662a)는 채널(660a)을 통해 제1 또는 내부 공정 챔버(650a)와 유체 연통된다. 장치(610)의 그의 중심에 대한 회전이 적재 챔버(662a)에 위치된 물질을 채널(660a)을 통해 내부 공정 챔버(650a) 쪽으로 이동시키도록 적재 챔버(662a)가 내부 공정 챔버(650a)보다 장치(610)의 중심에 근접하게 위치되는 것이 전형적으로 바람직할 것이다.
코어(620)는 또한, 물질이 열적으로 처리되는 다른 챔버일 수 있는 중간 공정 챔버(650b)와 같은, 제1 주 표면(622)에 형성되는 특징부를 포함한다. 대안적으로, 중간 공정 챔버(650b)는 다른 기능을 수행하도록 제공될 수 있는 데, 예를 들어 필터 재료가 내부 공정 챔버(650a)로부터 중간 공정 챔버로 전달될 수 있다. 중간 공정 챔버(650b)는 도시된 실시 형태에서 코어(620)의 제1 주 표면(622)에 형성되는 채널(660b)을 통해 제2 적재 챔버(662b)와 유체 연통될 수 있다.
내부 공정 챔버(650a)와 중간 공정 챔버(650b)는 채널(660c) 및 비아(660d)에 의해 연결된다. 채널(660c)은 내부 공정 챔버(650a)로부터 비아(660d)로 연장되고, 이러한 비아는 중간 공정 챔버(650b)로 연장된다. 채널(660c) 및/또는 비아(660d)는 바람직하게는, 내부 공정 챔버(650a)와 중간 공정 챔버(650b) 사이에서의 물질 이동에 대한 정확한 제어가 요구되는 경우에, 공정 챔버들 사이에 위치되는 밸브 구조체를 포함할 수 있다. 밸브 구조체는 열 플러그(thermal plug)(예컨대, 왁스 등) 또는 원할 때 개방될 수 있는 다른 구조체와 같은 여러 형태를 취할 수 있다. 대안적으로, 밸브 이용은 채널(660c) 및/또는 비아(660d)를 통한 이동을 위해 물질의 저항을 극복하도록 디스크의 회전 속도를 변경시킴으로써 제공될 수 있다.
중간 공정 챔버(650b)는 또한 내부 공정 챔버(650a) 및 중간 공정 챔버(650b)를 연결시키는 데 사용되는 것과 유사한 방식으로 비아(660e) 및 채널(660f)에 의해 외부 공정 챔버(650c)에 연결된다. 비아(660e) 및/또는 채널(660f)은 또한 원하는 경우에 밸브 구조체를 포함할 수 있다.
챔버(650a, 650b, 650c)를 포함하는 공정 챔버 어레이는 장치(610)의 중심, 즉 장치의 회전 중심점으로부터 대체로 반경 방향으로 배열되는 것이 바람직하다. 결과적으로, 장치(610)의 회전은 물질을 내부 공정 챔버(650a)로부터 중간 공정 챔버(650b)로 그리고 최종적으로는 외부 공정 챔버(650c)로 연속하여 이동시키는 데 사용될 수 있다. 원하는 바와 같이 물질을 공정 챔버를 통해 이동시킴으로써, 선택된 공정이 장치(610)의 공정 챔버 어레이 내에서 순차적으로 수행될 수 있다.
장치(610)의 채널 및 비아가 또한 필터 또는 기능 수행에 필요한 다른 구조체/재료를 포함할 수 있는 것이 요구될 수 있다. 예를 들어, 다공성 포획 플러그(670)가 비아(660e) 내에 위치될 수 있다. 다공성 포획 플러그(670)는 유리하게는 적재 챔버(662b)로부터 중간 공정 챔버(650b)로 이동하는 필터 재료를 포획할 수 있다. 예를 들어, 필터링 재료를 예컨대 비드형 크기별 배제 물질(beaded size exclusion substance)의 형태로 분배하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 재료는 적재 챔버(662b)로의 공급시 유체 내에 동반될 수 있다. 장치(610)가 회전할 때, 동반된 비드는 채널(660b)을 통해 중간 공정 챔버(650b)로 보내질 수 있다. 비아(660e)의 다공성 포획 플러그(670)는 비드를 운반하는 유체가 지나갈 수 있도록 하지만, 비드는 지나가지 못하도록 하여 그를 공정 챔버(650b) 내에 포획한다.
공정 챔버(650b) 내에 필터링 재료를 포획하는 데 사용되는 다공성 포획 플러그(670)의 특별한 이점은 챔버(650b)로 분배되는 필터 재료가 처리 중인 샘플 물질의 특성에 기초하여 사용 지점에서 선택될 수 있다는 것이다. 챔버(650b)로 분배되는 필터링 재료가 예를 들어 크기별 배제 비드인 경우에, 비드의 특성은 예를 들어 전형적으로 보다 긴 PCR 생성물이 외부 공정 챔버(650c)로 통과되도록 하면서 전형적으로 보다 짧은 PCR 프라이머(primer)를 제거하도록 선택될 수 있다. 프라이머 및 PCR 생성물의 크기는 각각의 응용에서 변할 수 있으며 공정 챔버(650b)에 적합한 크기별 배제 물질을 선택하는 능력이 특히 이로울 수 있다.
예를 들어 도 13 내지 도 16에 도시된 것들과 같은 공정 챔버 어레이를 구비한 본 발명의 장치는 예를 들어 장치의 공정 챔버 어레이 내에서의 시작 샘플 물질의 증폭에 의해 시작 샘플 물질의 통합 처리를 제공하는 데 사용될 수 있다. 각각의 공정 챔버 어레이는 (원심력이 유체를 챔버로부터 챔버로 순차적으로 이동시킬 수 있도록) 바람직하게는 장치에 대체로 반경 방향으로 배열되는 다수의 챔버를 포함한다. 각각의 어레이 내의 챔버는 몇몇 실시 형태에서 원하는 바와 같이 이동을 제어하기 위한 밸브 구조체를 포함할 수 있는 채널 또는 다른 도관을 사용하여 유체 연통된다.
공정 챔버 어레이에서 수행될 수 있는 통합 공정의 한 가지 예가, 적재 챔 버(762)가 예를 들어 시작 샘플 물질을 수용하도록 제공된 도 17에 개략적으로 도시된다. 어레이와 그 어레이를 사용하는 한 가지 예시적인 방법이 하기에서 설명될 것이다. 예시적인 방법은 원하는 최종 생성물을 얻기 위해 PCR 증폭과 그에 이은 생거 서열결정을 포함한다. 그러나, 이러한 공정의 조합은 단지 예시적인 것으로 의도되며, 본 발명을 한정시키는 것으로 해석되지 않아야 한다.
시작 샘플 물질, 예를 들어 용해된 혈구(lysed blood cell)가 챔버(762)에 제공된다. 바람직하게는, 시작 샘플 물질이 적재 챔버(762)로부터 제1 공정 챔버(750a)로 이동할 때 시작 샘플 물질을 필터링하도록 필터(763)가 제공된다. 그러나, 필터(763)는 선택적이며, 시작 샘플 물질의 특성에 따라 필요치 않을 수 있다.
제1 공정 챔버(750a)는 바람직하게는, 각각의 챔버(750a) 내에 공급된, 예를 들어 건조된 바와 같은 적합한 PCR 프라이머를 포함할 수 있다. 각각의 챔버(750a)는 시작 샘플 물질에 수행 중인 검사의 본질에 따라 동일한 프라이머 또는 상이한 프라이머를 포함할 수 있다. 샘플의 적재 전에 프라이머를 공정 챔버(750a)에 제공하는 것에 대한 한 가지 대안은 (존재하는 경우 필터(763)를 프라이머가 통과할 수 있다면) 시작 샘플 물질을 구비한 적재 챔버(762)에 적합한 프라이머를 부가하는 것이다.
시작 샘플 물질 및 임의의 필요로 하는 프라이머를 공정 챔버(750a)에 위치시킨 후에, 공정 챔버(750a)의 물질은 선택된 유전 물질의 PCR 증폭에 적합한 조건 하에서 열 사이클링된다.
PCR 증폭 공정의 완료 후에, 각각의 제1 공정 챔버(750a)의 물질은 증폭된 물질로부터 원하지 않는 물질, 예컨대 PCR 프라이머, 필터(763)에 의해 제거되지 않은 시작 샘플의 원하지 않는 물질 등을 제거하기 위해 다른 필터 챔버(752a)(각각의 공정 챔버(750a)에 대해 하나의 필터 챔버(752a))를 통해 이동될 수 있다. 필터 챔버(752a)는 예를 들어 투과 겔, 비드 등과 같은 크기별 배제 물질을 함유할 수 있다(예컨대, 스웨덴 웁살라에 소재한 아머샴 파마시아 바이오텍 에이비(Amersham Pharmacia Biotech AB)로부터 입수가능한 마이크로스핀(MicroSpin) 또는 세파덱스(Sephadex)).
필터 챔버(752a)에서의 샘플 물질의 정화 후에, 각각의 제1 공정 챔버(750a)로부터의 필터링된 PCR 증폭 생성물은 한 쌍의 다중화된 제2 공정 챔버(750b)로 이동되는 데, 이는 예를 들어 제2 공정 챔버(750b)에 형성되는 열적 조건의 적절한 제어를 통한 제1 공정 챔버(750a)에서 증폭된 유전 물질의 생거 서열결정을 위한 것이다.
제2 공정 챔버(750b)에서 원하는 처리가 수행된 후에, 처리된 물질(만일 공정 챔버(750b)에서 수행된 공정이라면 생거 서열결정된 샘플 물질)은 예를 들어 제2 공정 챔버(750b)의 생성물로부터의 염료 또는 다른 원하지 않는 물질의 제거를 위해 각각의 공정 챔버(750b)로부터 다른 세트의 필터 챔버(752b)를 통해 이동된다. 이어서, 필터링된 생성물은 필터 챔버(752b)로부터 산출 챔버(output chamber)(750c)로 이동되어, 그 산출 챔버에서 분리될 수 있다.
도 13 내지 도 16에 도시된 공정 챔버 어레이에서와 같이, 도 17에 도시된 어레이와 같은 공정 챔버 어레이는 장치의 회전이 물질을 적재 챔버(762)로부터 산출 챔버(750c) 쪽으로 이동시키도록 장치에 대체로 반경 방향으로 배열되는 것이 역시 바람직하다. 보다 바람직하게는, 도 17에 도시된 공정 챔버 어레이 중 2개 이상이 단일 장치에 배열되고, 물질이 회전 중에 발생된 원심력에 의해 어레이를 통해 이동될 수 있도록 어레이 각각의 적재 챔버(762)가 회전축에 가장 근접하게 위치되는 것이 바람직하다. 대안적으로, 어레이는 원심력이 물질을 적재 챔버(762)로부터 산출 챔버(750c) 쪽으로 이동시키도록 어레이를 포함한 장치의 회전을 허용하는 방식으로 유지되는 장치에 위치될 수 있다. 원심력을 이용한 샘플 물질의 공정 챔버 내로의 적재는 또한 예를 들어 발명의 명칭이 "원심력을 이용한 샘플 처리 장치의 충전(CENTRIFUGAL FILLING OF SAMPLE PROCESSING DEVICES)"인 미국 특허 제6,627,159호에 설명된다.
도 17에 도시된 통합 공정 챔버 어레이의 여러 이점은 단일 장치에서 원 시작 샘플 물질로부터 분리된 서열결정된 생성물로 진행되는 능력으로부터 유래한다. 그들 이점 중에는 작은 용적의 물질과의 작업시 문제일 수 있는 (피펫팅(pipetting) 등에 의한) 물리적 전달의 횟수의 감소가 있다. 다른 이점은 다수의 병렬 공정이 동시에 수행될 수 있어서, 공정 결과의 정확성에 대한 신뢰 수준의 잠재적인 향상을 제공할 수 있다는 것이다. 더욱이, 공정 챔버들이 예를 들어 열 사이클링 등에 대해 동일한 조건하에 있음을 보장하는 것에 대한 제어 수준이 향상될 수 있다.
도 18 내지 도 20은 각각의 공정 챔버 어레이 내에서 공정 챔버를 분리시키 는 밸브를 통합하는 본 발명에 따른 장치 및 방법의 다른 실시 형태를 도시한다. 도시된 장치(810)는 위의 도 13 내지 도 16에 도시된 실시 형태에 대해 기술된 것과 유사한 방식으로 복수의 공정 챔버 어레이를 포함한다. 공정 챔버 어레이 중 하나가 도 19에 확대 단면도로 도시된다.
장치(810)는, 기재(820)의 제1 주 면(822)에 부착되는 제1 커버층(830)과, 기재(820)의 제2 주 면(824)에 부착되는 제2 커버층(840)을 포함한다. 기재(820) 및 커버층(830, 840)은 접착제, (화학 및/또는 열) 용접 등을 포함하지만 그에 한정되지는 않는 임의의 적합한 기술 또는 기술들에 의해 부착될 수 있다.
장치(810)는 또한 장치(810) 중심의 개구(812)의 외주 주위에 형성되는 다수의 키이 슬롯(814) 형태의 전술한 바와 같은 정합 시스템의 일 실시 형태를 도시한다. 키이 슬롯(814)은 장치(810)를 회전시키는 데 사용되는 예컨대 스핀들에 형성되는 상보형 구조체와 협동할 수 있다. 따라서, 키이 슬롯(814)은 그러한 스핀들 상에 장치(810)의 회전 위치를 유지시키는 데 사용될 수 있다. 다수의 키이 슬롯(814)이 도시되지만, 스핀들 상에 장치(810)의 회전 위치를 고정시키는 데 단지 하나의 그러한 슬롯(814)만이 필요할 수 있는 것으로 이해될 것이다.
제1 커버층(830)은 균질할 수 있거나, 이는 전술한 바와 같이 다수의 하위층을 포함할 수 있다. 제1 커버층(830)이 전술한 바와 같이 선택된 파장의 전자기 에너지에 대해 반사성인 것이 바람직할 수 있다. 제2 커버층(840)은, 예를 들어 둘 모두가 선택된 파장의 전자기 에너지에 광학적으로 투명하거나 달리 투과성일 수 있는 캐리어 층의 접착제를 포함할 수 있다.
기재(820)에 형성되는 특징부 중에는, 도시된 실시 형태에서 환형 링의 형태인 적재 챔버(860)가 있다. 각각의 공정 챔버 어레이는 또한 내부 또는 제1 공정 챔버(850a)와, 장치(810)의 중심으로부터 반경 방향으로 더 외부에 위치되는 외부 또는 제2 공정 챔버(850b)를 포함한다.
적재 챔버(860)는 채널(862)을 통해 내부 공정 챔버(850a)와 유체 연통된다. 결과적으로, 장치(810)의 그의 중심에 대한 회전은 샘플 물질을 적재 챔버(860)로부터, 샘플 물질의 제1 열적 처리가 수행될 수 있는 제1 공정 챔버(850a) 내로 이동하도록 가압시킬 것이다.
장치(810)는 또한, 내부 및 외부 공정 챔버(850a, 850b) 사이에 위치되고 그들을 분리시키는 밸브(870)를 포함한다. 밸브(870)는 장치(810)가 사용자에게 공급될 때 샘플 물질이 제1 공정 챔버(850a)로부터 제2 공정 챔버(850b) 내로 이동하는 것을 방지하기 위해 평상시에 폐쇄된다.
밸브(870)는 바람직하게는, 일면에서 채널(882)을 통해 내부 공정 챔버(850a)와 유체 연통되고 대향면에서 채널(884)을 통해 외부 공정 챔버(850b)와 유체 연통되는 비아(880) 내에 위치될 수 있다. 비아(880)는 도시된 바와 같이 기재(820)의 제1 및 제2 주 표면(822, 824) 사이에서 연장되게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
밸브(870)는 불투과성 장벽(872)을 포함하는데, 이는 손상되지 않고 그대로인 경우에 유체가 공정 챔버(850a, 850b) 사이에서 이동하는 것을 방지한다. 불투과성 장벽(872)은 바람직하게는 기재(820)와는 별개일 수 있으며, 즉 이는 바람직 하게는 기재(820)에 사용되는 재료와는 상이한 재료로 제조된다. 기재(820) 및 불투과성 장벽(872)에 상이한 재료를 사용함으로써, 각각의 재료는 그의 원하는 특성에 따라 선택될 수 있다. 대안적으로, 불투과성 장벽은 기재(820)와 일체일 수 있으며, 즉 기재(820)와 동일한 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 불투과성 장벽은 간단히 기재(820) 내에 성형될 수 있다. 만일 그렇다면, 이는 그의 전자기 에너지 흡수 능력을 향상시키도록 코팅 또는 함침될 수 있다.
불투과성 장벽(872)은 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있지만, 장벽(872)의 재료는 공정 챔버에서 수행되는 반응 또는 공정과 간섭될 수 있는 임의의 상당한 부산물, 폐기물 등을 발생시키지 않고서 공극을 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 바람직한 부류의 재료는 예를 들어 구매가능한 캔 라이너(can liner) 또는 백(bag)의 제조에 사용되는 필름과 같은 착색된 배향성 중합체 필름이다. 적합한 필름은 미국 코네티컷주 댄버리에 소재한 히몰렌 인코포레이티드(Himolene Incorporated)로부터 명칭 406230E로 입수가능한, 0.03 ㎜(1.18 mil) 두께의 블랙 캔 라이너일 수 있다.
밸브(870)의 불투과성 장벽(872)은 선택된 파장의 전자기 에너지를 흡수하여 그 에너지를 열로 변환시킬 수 있는 재료를 포함하여 불투과성 장벽(872)에 공극의 형성을 가져오는 것이 또한 바람직할 수 있다. 흡수재는 불투과성 장벽(872) 내에 함유될 수 있거나 그의 표면에 코팅될 수 있다.
대안적인 실시 형태에서, 밸브(870)는 반투과성 장벽(872)을 포함하는데, 이는 손상되지 않고 그대로인 경우에 공정 챔버(850a, 850b) 사이에서 일부 유체가 이동하는 것을 방지하지만 그 밖의 유체의 통과는 허용한다. 예를 들어, 반투과성 장벽(872)은 공정 챔버(850a, 850b) 사이에서 가스상 유체가 통과하는 것을 허용하지만(예컨대, 가스 투과성), 수성 유체(예컨대, 물)의 통과는 방지할 수 있다. 따라서, 반투과성 장벽은 공정 챔버(850a, 850b) 사이에서 유체의 선택적인 연통을 생성한다.
일 실시 형태에서, 반투과성 장벽은 공기 또는 다른 가스상 유체가 공정 챔버(850a, 850b) 사이를 지나가도록 하는 밸브 격막(valve septum)(미도시)의 핀홀 개구를 구비하여 생성된다. 전자기 에너지를 격막 내로 지나가게 함으로써, 공극이 형성되어 액체 유체가 챔버들 사이를 지나가도록 한다. 밸브 격막의 예는 본원과 동일자로 출원된, 대리인 일련 번호 제62471US002호이고 발명의 명칭이 "마이크로유체 시스템용 열전달 방법 및 구조체(THERMAL TRANSFER METHODS AND STRUCTURES FOR MICROFLUIDIC SYSTEMS)"인 공계류 중인 미국 특허출원 제　　　　　　　　호에 개시된 것들을 포함한다.
다른 실시 형태에서, 밸브 격막의 개구는 전술한 핀홀 개구보다 큰 개구를 포함할 수 있다. 그러한 큰 개구는 액체의 통과는 저지 또는 방지하지만 가스의 통과는 허용하는 재료 특성 및 기하학적 형상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 개구는 프로필렌과 같은 소수성 재료로 제조될 수 있고, 그리고/또는 그러한 예리한 모서리 및/또는 경사진 에지에서 확장부로의 유체 이동을 저지하는 구조체를 포함할 수 있다.
다른 실시 형태에서, 공정 챔버(850a, 850b) 사이의 밸브(870)의 불투과성 또는 반투과성 장벽(872)과 함께 및/또는 그 대신에 다공성 플러그가 사용될 수 있다. 일례에서, 다공성 플러그는 소결된 폴리프로필렌 프릿(frit)과 같은 선택적 공극 크기의 다공성 재료를 포함한다. 다공성 플러그의 공극 크기 및 다른 재료 특성에 따라, 챔버들 사이에서의 상이한 재료와 유체의 연통은 선택적으로 변경될 수 있다. 이어서, 원심력, 공기 및 증기 압력, 또는 진공력과 같은 에너지의 인가는 전자기 에너지의 인가와 함께 또는 그 대신에 유체를 공정 챔버(850a 내지 850b)로부터 다공성 플러그를 통해 또는 그를 가로질러 이동시키는 데 사용될 수 있다. 대안적으로, 다공성 플러그가 전자기 에너지의 영향을 받기 쉬운 재료(예를 들어, 카본 블랙)를 포함하면, 다공성 플러그에 개구가 생성될 수 있어 다공성 플러그로의 전자기 에너지의 인가에 의해 공정 챔버(850a, 850b) 사이에서의 유체 연통을 가능케 할 수 있다.
도 19에 도시된 밸브(870)는 또한 불투과성 장벽(872)의 적어도 일면에 근접하게 위치된 선택적인 투과성 지지체(874)를 포함한다. 지지체(874)는 공정 챔버(850a, 850b) 사이에서 이동하는 유체에 투과성이지만, 이는 불투과성 장벽(872)을 지지하는 것 외에 몇몇 필터링 기능을 수행할 수 있다. 장치(810)의 통상적인 사용시 유체 통과를 방지하기에 충분한 힘으로 불투과성 장벽(872)을 비아(880)의 표면에 대해 가압시킴으로써 밸브(870)를 밀봉하는 것을 돕기 위해 지지체(874)는 어느 정도 탄성인 것이 바람직할 수 있다.
지지체(874)는 도 19에 도시된 바와 같이 다공성 재료의 형태로 제공되는 것이 바람직할 수 있다. 다공성 지지체(874)는 바람직하게는 밸브(870)에 사용되는 불투과성 장벽(872)과 동일 공간에 걸쳐 있을 수 있다. 지지체의 대안적인 형태는 링, 슬리브, 또는 밸브(870)의 불투과성 장벽(872)의 적어도 일부를 지지할 수 있는 임의의 다른 구조체 또는 재료를 포함할 수 있다.
몇몇 실시 형태에서, 다공성 지지체(874)는 밸브(870)의 개방을 돕도록 그리고/또는 아래에 있는 임의의 유체, 샘플 물질 등에 전자기 에너지가 도달하는 것을 방지하도록, 선택된 파장의 전자기 에너지를 반사시키는 것이 바람직할 수 있다.
다공성 지지체(874)는 불투과성 장벽(872)과의 유체 접촉을 저감 또는 방지하기 위해 소수성인 것이 바람직할 수 있다. 대안적으로, 다공성 지지체(874)는 밸브(870)의 불투과성 장벽(872)과의 유체 접촉을 증진시키기 위해 친수성인 것이 바람직할 수 있다.
다공성 지지체에 적합한 재료의 예는 예를 들어 미국 조지아주 페어번에 소재한 포렉스 코포레이션(Porex Corporation)으로부터 구매가능한 것과 같은 소결된 폴리프로필렌 및 소결된 폴리에틸렌 플러그 또는 멤브레인을 포함하여 다공성 플러그 또는 멤브레인을 포함할 수 있지만, 그에 한정되는 것은 아니다. 불투과성 장벽(872)은 또한 지지 구조체에 대한 필요 없이 (예를 들어, 감압 접착제, 실리콘 접착제, 에폭시 접착제, 열 용접 등에 의해) 적소에 직접 접합될 수 있다.
밸브(870)는 불투과성 장벽(872)에 공극을 형성함으로써 개방된다. 공극은 임의의 적합한 파장의 전자기 에너지에 의해 형성될 수 있다. 적합한 파장의 레이저 에너지가 사용되는 것이 바람직할 수 있다. 레이저 에너지를 사용하는 것의 잠재적인 이점은 공정 챔버의 물질을 가열하는 데 사용되는 동일한 레이저가 공정 챔 버들을 상호 유체 연통시키는 데 필요한 공극을 형성하는 데 사용될 수 있다는 것이다.
밸브(870)의 불투과성 장벽(872)을 도 19에 도시된 바와 같이 비아(880) 내에 배치하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 불투과성 장벽(872)을 비아(880) 내에 위치시키고 어떤 파장의 전자기 에너지를 비아(880) 내로 지향시키는 것은 비아(880)의 벽이 장벽(872)에서의 공극의 형성에 도움을 주도록 전자기 에너지의 적어도 일부를 반사 및/또는 집속시킬 수 있다는 점에서 몇몇 이점으로 될 수 있다.
도 19A 및 도 19B는 장치(810)의 공정 챔버 어레이 중 하나 이상과 관련하여 사용될 수 있는 대안적인 적재 챔버(860')를 도시한다. 적재 챔버(860')는 장치(810)의 회전시 적재 챔버를 비우는 데 도움을 줄 수 있는 깔때기 형상을 갖는다. 깔때기형 적재 챔버(860')의 넓은 단부는 바람직하게는 회전축에 가장 근접하게 위치되며, 적재 챔버(860')는 제1 공정 챔버(도 19A에는 미도시)로 이어지는 채널(862')의 방향으로 테이퍼진다.
적재 챔버(860')는 또한 선택적인 입구 포트(864') 및 선택적인 통기구(866')를 포함한다. 이들 개구는 제2 커버층(840')에 형성된다. 입구 포트(864')는 바람직하게는, 예를 들어 피펫 팁을 적재 챔버(860')의 용적부 내로 안내하는 데 도움을 주도록 테이퍼질 수 있다. 통기구(866')는 적재 챔버(860')가 입구 포트(864')를 통해 적재될 때 공기가 배출될 수 있는 개구를 제공함으로써 챔버(860')의 적재를 돕는다.
깔때기형 적재 챔버(860')의 이점은 시스템 내로의 유체 유입에 대한 제어를 포함한다. 적재 챔버(860')의 형상은 거의 100%의 충전을 제공하면서 갇힌 공기를 저감 또는 제거시킬 수 있다. 더욱이, 적재 챔버(860')의 형상은 또한 채널(862') 내로의 샘플 물질의 조기 도입을 저하 또는 방지할 수 있다.
도 19C 및 도 19D는 장치(810)의 하나 이상의 공정 챔버 어레이의 하나 이상의 공정 챔버와 관련하여 사용될 수 있는 선택적인 시일 시스템을 도시한다. 시일 시스템은 적어도 부분적으로 기재(820')에 의해 형성되는 공정 챔버(850')를 덮는 커버층(840')의 개구(844')를 포함한다. 개구(844')는 개구(844')에 걸쳐 커버층(840')의 내측 표면(842')에 부착되는 시일(846')에 의해 폐쇄된다.
시일(846')은 예를 들어 접착제, 용접, 열 밀봉 등의 임의의 적합한 기술에 의해 내측 표면(842')에 부착될 수 있다. 도시된 실시 형태에서, 시일(846')은 접착제(848')에 의해 커버층(840')의 내측 표면(842')에 부착된다. 그러한 접착제(848')는 도 19C 및 도 19D에 도시된 바와 같이 커버층(840')을 기재(820')에 부착시키는 데에도 사용될 수 있다.
시일 시스템의 사용이, 프로브(849')의 팁이 시일(846')을 커버층(840')의 내측 표면(842')에 대한 부착으로부터 떨어지게 가압시키는 것으로 도시된 도 19D에 도시된다. 이어서, 프로브(849')는 샘플 물질(858')의 추가 또는 제거를 위해 공정 챔버(850')의 내부로 접근할 수 있다. 프로브(849')가 시일(846')을 커버층(840')의 단지 일부만으로부터 떨어지게 가압시키는 것으로 도시되지만, 이는 시일(846')을 커버층(840')으로부터 완전히 탈착시킬 수 있다. 커버층(840')의 개구(844')가 프로브(849')의 팁을 공정 챔버(850') 내로 안내하는 데 도움을 주기 위해 예를 들어 도 19C 및 도 19D에 도시된 바와 같이 테이퍼지는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 안내 특징부는 특히 로봇식 하적(unloading) 시스템과 관련한 사용에 유용할 수 있다.
시일 시스템의 한 가지 잠재적인 이점은 프로브(849')가 공정 챔버(850') 내부로의 접근을 위해 공정 챔버(850')를 형성하는 어떠한 구성요소도 절단할 필요가 없다는 것이다.
장치(810)는 공정 챔버 및/또는 밸브로 전달되는 전자기 에너지를 제어하는 데 유용한 지시기(890a, 890b, 892, 894)를 포함하는, 도 20에 도시된 선택적인 제어 패턴을 포함한다. 도시된 실시 형태에서, 제어 패턴은 제1 커버층(830)에 위치되지만, 다른 적합한 지점이 대안적으로 사용될 수 있다.
제어 패턴에 사용되는 지시기는 관련 공정 챔버 및/또는 밸브로 전달되는 전자기 에너지를 나타내는 적어도 하나의 특징을 갖는다. 이러한 특징은 크기, 형상, 색상, 또는 전자기 에너지의 전달을 제어하도록 검출 및 사용될 수 있는 임의의 다른 구별되는 특징을 포함할 수 있다. 도시된 실시 형태에서, 일차적으로 구별되는 특징은 크기 및/또는 형상을 포함한다. (예를 들어 장치(810)의 주위 표면과의 대조, 장치(810)를 통해 형성된 공극의 감지 등에 기초하여) 지시기가 광학적으로 검출되는 것이 바람직할 수 있다.
도시된 제어 패턴은, 내부 공정 챔버(850a)의 일부와 관련되는 제1 세트의 지시기(890a)와, 내부 공정 챔버(850a)의 나머지와 관련되는 제2 세트의 지시기(890b)를 포함한다. 지시기의 세트들 사이의 차이는 그들의 크기이며, 이때 지 시기(890a)는 지시기(890b)보다 작다. 그러한 크기는 각각의 지시기와 관련되는 공정 챔버로 전달되는 에너지의 양을 제어하는 데 사용될 수 있으며, 예를 들어 큰 지시기(890b)는 그의 관련 공정 챔버(850a)로의 더 많은 에너지의 전달을 유발할 수 있다. 대안적으로, 상이한 크기의 지시기(890a, 890b)는 관련 공정 챔버(850a)로 전달되는 전자기 에너지의 파장을 제어하는 데 사용될 수 있다(이때 각각의 상이한 지시기는 에너지의 상이한 파장을 나타냄). 또 다른 대안에서, 각각의 공정 챔버로 전달되는 에너지의 양과 파장 둘 모두가 관련 지시기의 특성에 따라 변할 수 있다.
지시기(890a, 890b)를 그들의 크기와 장치(810)의 회전에 기초하여 사용하기 위한 하나의 가능한 바람직한 방법은, 관련 지시기의 선단 에지가 검출기를 지나갈 때 전자기 에너지의 전달을 시작하고 동일 지시기의 후단 에지(trailing edge)가 검출기를 지나갈 때 그 에너지의 전달을 종료하는 것이다. 전자기 에너지는 사이클링에 의해 그의 공급원에서 제어될 수 있거나, 전달은 예를 들어 셔터, 회전 거울, 또는 다른 시스템에 의해 중단될 수 있다.
지시기(890a, 890b)는 각각 공정 챔버(850a) 중 단지 하나와 관련된다. 그러나, 지시기(892)는 장치(810)의 모든 밸브(870)와 관련되며, 전술한 바와 같이 밸브(870)의 개방에 필요한 전자기 에너지의 전달을 제어하는 데 사용될 수 있다. 유사한 방식으로, 다수의 공정 챔버(850a)로의 전자기 에너지의 전달은 몇몇 시스템들에서 하나의 지시기에 의해 영향 받을 수 있다.
지시기(894)는 외부 공정 챔버(850b)와 관련되며, 그들 공정 챔버로의 전자 기 에너지의 전달을 제어하는 데 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 지시기(894)의 형상은 다른 지시기와 상이하며, 그러한 상이한 특성은 제어 목적을 위해 이용될 수 있다.
도시된 제어 패턴의 지시기는 일반적으로 그들이 관련되는 공정 챔버 또는 밸브와 정합되어 위치되지만, 제어 패턴은 그렇게 제공될 필요는 없다. 예를 들어, 제어 패턴은 장치(810)의 표면 중 단지 일부만을, 예를 들어 외부 환형 링만을 점유할 수 있다.
다른 대안에서, 제어 패턴 또는 그의 일부는 장치(810)를 사용하는 시스템의 다른 구성요소를 제어하는 데 사용될 수 있다 예를 들어, 공정 챔버를 예컨대 원하는 생성물, 온도, pH 등에 대해 모니터링하는 데 사용되는 유형의 검출기를 제어하는 지시기가 제공될 수 있다. 그러한 지시기는 바코드의 형태로 제공될 수 있다.
도 21 및 도 22는 장치(910)의 다른 구성을 도시한다. 장치는 많은 면에서 장치(810)와 유사하다. 그러나, 한 가지 차이는, 기재(920)가 상부층(920a)과 하부층(920b)을 포함하고, 상부층(920a)과 하부층(920b) 사이에 밸브층(976)이 위치된다는 것이다. 밸브층(976)은 밸브(970a, 970b)의 불투과성 디스크(972a, 972b)를 형성한다. (서로로부터 분리된 별개의 것인) 장치(810)의 밸브(870)의 불투과성 디스크(872)와는 달리, 불투과성 디스크(972a, 972b)는 상이한 밸브(970a, 970b) 사이에서 연장되는 동일한 밸브층(976)의 일부로 형성된다.
층(920a, 920b) 및 밸브층(976)은 임의의 적합한 기술 또는 기술들의 조합에 의해 함께 부착될 수 있다. 예를 들어, 그들은 접착식 부착, (열, 화학 등의) 용접, 열 밀봉 등이 될 수 있다. 밸브층(976)이 장치(910)의 모든 밸브의 또는 밸브의 단지 일부만의 불투과성 디스크를 형성하는 데 사용되는 것이 바람직할 수 있다. 밸브층(976)이 모든 밸브의 불투과성 디스크를 형성하는 데 사용되면, 밸브층(976)이 장치(910)의 주 표면과 동일한 공간에 걸쳐 있는 것이 바람직할 수 있다. 장치(910)의 적층 구성은 웨브 또는 다른 연속 제조 공정의 이용을 허용함으로써 장치(910)의 제조시 이점을 제공할 수 있다.
밸브(970a, 970b)는 공정 챔버(950a, 950b, 950c)를 분리시키는 데, 그리고 챔버들 사이에서의 샘플 물질(958)의 이동을 제어하는 데 사용된다. 도 21에 도시된 바와 같이, 샘플 물질(958)은 밸브(970a)의 폐쇄 상태로 인해 공정 챔버(950b)와 유체 연통되지 않는 공정 챔버(950a)에 위치된다.
그러나, 도 22에서, 밸브(970a)의 불투과성 장벽(972a)은 밸브(970)를 포함한 비아(980) 내로의 적절한 전자기 에너지(975)의 전달 후에 불투과성 장벽에 형성된 공극(973)을 포함한다. 그러한 공극은 샘플 물질(958)이 공정 챔버(950a)로부터 공정 챔버(950b) 내로 이동하도록 한다. 도시된 실시 형태에서, 공정 챔버(950b)는 필터 재료(959)를 포함하며, 샘플 물질(958)이 공정 챔버(950c)로 가는 도중에 필터 재료를 지나간다.
그러한 장치는 생체 샘플 물질로부터 이온(예컨대, 클로라이드, 포스페이트) 및/또는 염료(예컨대, 디데옥시 뉴클레오티드 트라이포스페이트 염료 종결자(ddNTP), 형광 염료, 근적외선 염료, 가시 염료)를 제거하는 방법뿐만 아니라, 하나의 챔버로부터 다른 하나로 샘플 물질을 이동시키도록 설계된 다른 장치에도 사용될 수 있다. 이러한 방법은, 적어도 2개의 연결된 공정 챔버를 포함하는 장치를 제공하는 단계-연결부는 샘플 물질로부터 이온 및/또는 염료를 제거하는 고상 물질을 수용하기 위한 적어도 하나의 용적부(예컨대, 중간 공정 챔버(950b))를 한정함-와; 생체 샘플 물질을 공정 챔버 중 하나에 제공하는 단계와; 생체 샘플 물질을 하나의 챔버로부터 연결부를 통해 다른 챔버로 전달하여, 생체 샘플 물질 및 고상 물질이 생체 샘플 물질로부터 이온 및/또는 염료의 적어도 일부를 제거하기에 충분한 시간 동안 접촉 유지되도록 하는 단계를 포함한다. 선택적으로, 고상 물질은 2가지 이상의 상이한 유형의 입자를 포함한다. 선택적으로, 연결부는 각각 상이한 고상 물질을 수용하는 2개의 용적부를 한정한다.
본 발명의 장치 및 방법과 관련하여 사용될 수 있는 대안적인 밸브 구성이 도23A, 도 23B, 도 24A, 도 24B, 도 25A 및 도 25B에 도시된다. 밸브는 예를 들어 형상 기억 효과를 나타내는 중합체 재료로 적어도 부분적으로 형성될 수 있다. 형상 기억 효과를 나타내는 몇몇 중합체가 예를 들어 미국 특허 제5,049,591호(하야시(Hayashi) 등), 제5,128,197호(고바야시(Kobayashi) 등), 제5,135,786호(하야시 등),제5,139,832호(하야시 등) 및 제5,145,935호(하야시)에서 논의된다. 이들 중합체 중 많은 것이 가교결합된 폴리우레탄이다. 다른 중합체, 예를 들어 폴리노보넨이 또한 형상 기억 효과를 나타낼 수 있다.
중합체 재료와 관련하여, "형상 기억 효과"는 일반적으로 중합체의 유리 전 이 온도(Tg) 초과의 온도에서의 제1 구조체의 제조를 포함하는 것으로 기술될 수 있다. 이어서, 그러한 구조체는 Tg 미만으로 냉각되어 제2 구조체로 변형된다. 제2 구조체 형태의 중합체가 Tg 초과로 가열될 때, 그 중합체는 제1 구조체로 복귀된다.
형상 기억 효과를 나타내는 것에 더하여, 밸브와 관련하여 사용되는 임의의 중합체 재료는 본 발명의 장치 및 방법에 사용되는 시약 및 다른 물질과의 상용성을 가져야 한다. 예를 들어, 형상 기억 중합체 밸브를 통합한 장치에서 PCR이 수행될 때, 밸브의 중합체 재료는 바람직하게는 PCR 공정에 존재하는 재료와의 상용성을 갖는다.
도 23A 및 도 23B를 참조하면, 본 발명의 마이크로유체 장치 및 방법과 관련하여 유용할 수 있는 하나의 밸브 구조체가 도시된다. 밸브(1070)는 도 23A에 도시된 바와 같이 개방시에 실린더의 형상으로, 그리고 도 23B에 도시된 바와 같이 폐쇄시에 압착된 형상으로 형성될 수 있다. 밸브(1070)는 평상시 개방되도록, 즉 중합체 재료의 Tg 초과에서의 제조 후에 개방되도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 형상 기억 효과 중합체의 Tg 초과에서 가열될 때까지 밸브(1070)는 폐쇄되어(도 23B) 본 발명의 장치에 위치된다. 중합체의 Tg 초과에서 가열되면, 밸브(1070)는 그의 평상시 개방 구조(도 23A)로 복귀되어, 물질이 밸브(1070)를 통과하도록 한다. 대안적으로, 밸브(1070)는 평상시 폐쇄될 수 있어, 가열은 밸브(1070)가 개방 상태(도 23A)로부터 폐쇄 상태(도 23B)로 되도록 할 것이다.
중합체의 가열은 임의의 적합한 기술에 의해 달성될 수 있지만, 중합체를 비접촉 가열 방법에 의해 가열하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 밸브(1070)는 전자기 에너지(예컨대, 레이저 에너지, RF 에너지 등)에 의해 가열될 수 있다. 대안적으로, 중합체는 저항 히터, 펠티에 장치 등을 사용하여 전도에 의해 가열될 수 있다. 다른 대안에서, 밸브(1070)는 예를 들어 열기 또는 다른 가열된 유체를 사용하여 대류에 의해 가열될 수 있다. 레이저 또는 다른 비접촉 에너지원이 사용되는 경우에, 밸브(1070)의 구성에 사용되는 중합체 재료는 선택된 파장의 전자기 에너지를 흡수하는 하나 이상의 재료로 함침되거나 또는 달리 그를 포함할 수 있다. 예를 들어, 중합체 재료는 레이저 에너지를 흡수하는 염료(예컨대, 알드리치 케미컬(Aldrich Chemical)로부터 입수가능한 IR 792 퍼클로레이트와 같은, 근적외선 방사를 흡수하는 염료)로 함침될 수 있다.
다른 밸브 구조체(1170)가 도 24A 및 도 24B에 도시된다. 밸브(1170)는 중합체 재료의 Tg 초과에서 제조될 때 도 24A에 도시된 바와 같이 필름, 예컨대 디스크의 형태로 제공되어, 평상시 폐쇄된 밸브를 형성한다. 중합체의 Tg 미만으로의 냉각 후, 밸브(1170)는 도 24B에 도시된 형상으로 변형될 수 있으며, 이때 디스크에 개구가 형성된다. 도 24B에 보인 바와 같은 밸브 구조체(1170)가 중합체의 Tg 초과의 온도로 가열될 때, 밸브는 도 24A에 도시된 형상으로 다시 복귀될 것이어서, (도 24B에 보인 바와 같이) 그 밸브 구조체에 형성된 개구를 폐쇄할 것이다. 대안적으로, 밸브(1170)는 평상시 개방된 밸브로서 제조될 수 있다.
다른 대안적인 밸브 구조체(1270)가 도 25A 및 도 25B에 도시된다. 도시된 밸브 구조체(1270)는 유체 경로(1262)(예컨대, 비아 또는 분배 채널)를 따라 위치될 수 있다. 밸브 구조체(1270)는 유체 경로(1262)를 따라 위치되는 재료의 형태로 제공될 수 있다. 선택된 온도 초과로 가열될 때, 밸브 구조체(1270)의 재료는 팽창되어 유체 경로(1262)를 폐쇄시킨다. 밸브 구조체(1270)에 사용되는 재료는 예를 들어 발포된 중합체를 형성하도록 팽창되는 중합체일 수 있다. 발포 작용은 예를 들어 발포제(blowing agent) 또는 초임계 이산화탄소 함침을 이용하여 제공될 수 있다.
밸브 구조체(1270)에 발포제가 사용되는 경우에, 이는 중합체 내로 함침될 수 있다. 적합한 발포제의 예로는 셀로겐(CELOGEN) AZ(미국 코네티컷주 미들베리에 소재한 유니로얄 코포레이션(Uniroyal Corporation)으로부터 입수가능함), 엑스팬슬(EXPANCEL) 미소구체(스웨덴에 소재한 엑스팬슬) 및 글리시딜 아자이드계 중합체(미국 미네소타주 세인트 폴에 소재한 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩쳐링 컴퍼니(Minnesota Mining and Manufacturing Company)로부터 입수가능함)를 포함할 수 있지만, 그에 한정되는 것은 아니다. 이어서, 함침된 중합체가 선택된 온도 초과로 가열될 때, 발포제는 도 25B에 도시된 바와 같이 중합체가 발포 및 팽창되어 밸브 구조체(1270)를 폐쇄시키도록 하는 가스를 발생시킨다.
초임계 발포가 또한 밸브 구조체(1270)를 팽창시키는 데 사용될 수 있다. 중합체는 중합체가 그의 유리 전이 온도 초과로 가열될 때 중합체를 예를 들어 이산화탄소로 함침시킴으로써 발포되도록 할 수 있으며, 이때 이러한 함침은 고압 하 에서 일어난다. 이산화탄소는 중합체 매트릭스를 함침하기 위해 액체 형태로 인가될 수 있다. 함침된 재료는, 바람직하게는 압축된 형태로 밸브 구조체로 제조될 수 있다. 가열시, 이산화탄소가 팽창되고, 구조체도 역시 팽창되어, 유체 경로(1262)를 폐쇄시킨다.
요구되는 것은 아니지만, 밸브 구조체(1270)의 형성을 위해 발포된 형상 기억 중합체 재료를 사용하는 것이 가능할 수 있으며, 이때 발포체의 팽창은 유체 경로(1262)에 대한 밸브 구조체(1270)의 밀봉 효과를 향상시킨다.
더욱이, 도 24B에 도시된 구조체(1170)의 변형예를 사용하는 것이 가능하며, 여기서 재료는 발포제 또는 초임계 이산화탄소 가스의 사용에 의해 마련되는 형상 기억 발포체로서, 이러한 재료는 이어서 구조체(1170)로 제조된다. 열의 인가는 구조체가 도 24A의 구조체로 복귀되도록 하며, 이때 발포체의 팽창은 밀봉 효과를 향상시킨다.
형상 기억 중합체 재료의 특성을 이용하는 시일 시스템이 도 26에 도시된다. 시일 시스템은 예를 들어 본 발명의 장치의 공정 챔버(1350) 또는 다른 유동 구조체 내로의 재밀봉가능한 접근 포트를 제공하는 데 사용될 수 있다. 도 26에 도시된 시일 시스템 실시 형태는 공정 챔버(1350) 내로의 개구(1344)를 포함하며, 이때 개구는 시일(1346)에 의해 폐쇄된다.
시일(1346)은 바람직하게는 필름, 예를 들어 도 26에 도시된 바와 같이 장벽의 형태로 제공되며, 이러한 시일은 중합체 재료의 Tg 초과에서 제조되어 평상시 폐 쇄된 시일을 형성한다. 시일(1346)은 공정 챔버(1350)로의 물질 투입 및/또는 그로부터의 물질 제거를 위해 도구(1349)(예컨대, 주사기 바늘)에 의해 천공될 수 있다. 따라서, 시일(1346)은 디스크에 형성되는 개구를 포함하도록 변형된다. 시일(1346)이 형상 기억 중합체 재료의 Tg 미만의 온도에 있는 동안 변형될 때, 그러한 개구는, 시일(1346)을 중합체의 Tg 초과의 온도로 가열하여 시일(1346)이 도 26에 도시된 형상으로 다시 복귀되도록 하여 그에 형성된 개구를 폐쇄시키도록 함으로써 폐쇄될 수 있다. 시일(1346)의 천공 및 재밀봉은 몇몇 경우에 원하는 바대로 2회 이상 수행될 수 있다.
도 27 및 도 28은 본 발명의 샘플 처리 방법 및 시스템의 다른 태양을 도시한다. 본 발명의 이러한 부분은, 예를 들어 생거 사이클링 후, 잔류 반응 물질을 제거하는 문제를 해소한다. 생거 사이클링과 같은 공정은 통합되지 않은 염료 종결자와 같은 잔류 물질과 함께 원하는 반응 생성물을 제공할 수 있다.
본 발명의 샘플 처리 장치에서 생거 사이클링이 수행될 때, 원하지 않는 물질(예컨대, 염료)을 제거하기 위한 하나의 가능한 기술은 상자성 입자와 같은 고상 재료의 사용을 포함할 수 있다. 염료 종결자 제거 물질을 통합한 적합한 상자성 입자의 일례가 미국 워싱턴주 바델에 소재한 프로링크스 인크.(Prolinx Inc.)로부터 상표명 랩엑스트랙트(RAPXTRACT)로 입수가능하다. 이들 및 유사 재료(그리고 그들의 사용 방법)의 추가 예들은 국제 특허 공개 WO 01/25490호(발명의 명칭: DNA 서열결정 반응으로부터 염료-라벨링된 다이데옥시 종결자의 제거(REMOVAL OF DYE- LABELED DIDEOXY TERMINATORS FROM DNA SEQUENCING REACTIONS)) 및 그의 우선권 문헌(미국 특허출원 제60/158,188호, 제60/164,050호 및 제09/564,117호)과, 국제 특허 공개 WO 01/25491호(발명의 명칭: DNA 서열결정 반응으로부터 염료-라벨링된 다이데옥시 종결자의 제거(REMOVAL OF DYE-LABELED DIDEOXY TERMINATORS FROM DNA SEQUENCING REACTIONS)) 및 그의 우선권 문헌(미국 특허출원 제60/158,188호, 제60/164,050호 및 제09/564,117호)에서 찾아볼 수 있다.
도 27을 참조하여, 하나의 샘플 처리 장치(1410)와 관련하여 상자성 입자를 사용하는 하나의 방법이 설명될 것이다. 샘플 물질을 적재 챔버(1460) 내로 적재한 후에, 장치(1410)는 샘플 물질을 제1 세트의 공정 챔버(1450a)로 이동시키도록 축(1412)을 중심으로 회전된다. 샘플 물질은 예를 들어 PCR을 샘플 물질에 대해 수행함으로써 공정 챔버(1450a)에서 처리될 수 있다. 제1 공정 챔버(1450a)에서의 처리 완료시, 밸브(1470a)가 개방되어 샘플 물질이 장치(1410)의 회전에 의해 제2 세트의 공정 챔버(1450b)로 이동될 수 있다. 제2 공정 챔버(1450b)의 샘플 물질에 대해 제2 공정이 수행될 수 있다. 본 명세서에 기재된 방법에서, 샘플 물질은 샘플 물질 내에 생거 서열결정 반응 생성물을 생성시키도록 제2 공정 챔버(1450b) 내에서 생거 사이클링된다. 생거 사이클링 후에, 샘플 물질은 밸브(1470b)의 개방 및 장치(1410)의 회전에 의해 산출 챔버(1450c)로 이동될 수 있다.
그러나, 산출 챔버(1450c)로의 생거 서열결정 반응 생성물의 전달 전에, 통합되지 않은 염료 종결자와 같은 원하지 않는 물질을 제거하는 것이 바람직할 수 있다. 그렇게 하기 위해서, 예를 들어 염료 종결자 제거 물질을 포함하는 상자성 입자를 적재 챔버(1460) 내로 도입시킨 다음에 장치(1410)를 회전시켜 상자성 입자를, 통합되지 않은 염료 종결자가 포획될 수 있는 제2 공정 챔버(1450b)로 이동시킬 수 있다.
장치(1410)를 통한 상자성 입자의 이동은 자석을 장치(1410)에 근접하게 위치시킴으로써 용이해질 수 있다. 도 28을 참조하면, 자석(1490)이 예를 들어 장치(1410) 위에 위치될 수 있어, 자석에 의해 생성된 자기장이 장치(1410)가 축(1412)을 중심으로 회전함에 따라 공정 챔버를 통해 확장된다. 상자성 입자들이 자기장의 가장 강력한 부분을 통해 이동됨에 따라, 이들은 장치(1410) 내에서 이동된다. 따라서, 자력은 입자가 장치(1410) 내의 임의의 분배 채널 또는 다른 작은 유체 경로 내에 응집되는 것을 방지할 수 있다.
더욱이, 자력은 또한 상자성 입자가 위치되는 임의의 샘플 물질 내에서의 상자성 입자의 혼합을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 중력이 상자성 입자를 끌어 당기는 방향으로부터 장치(1410)의 대향면에 자석(1490)을 위치시키는 것이 바람직할 수 있다. 다른 변형예에서, 2개 이상의 자석이 상자성 입자에 대향력들을 제공하도록 장치(1410)의 대향면들에 위치될 수 있다(이때 자석은 장치(1410)의 원주 둘레에 편위됨). 어느 경우든, 상자성 입자는 대향 방향들로 끌어 당기는 힘을 단속적으로 받을 수 있다. 또한, 공정 챔버에서의 상자성 입자의 혼합을 더욱 용이하게 하기 위해서 장치(1410)의 회전 속도를 변경시키는 것이 바람직할 수 있다.
상자성 입자들이 샘플 물질 내에 충분한 시간 동안 체류된 후에, 이들은 바람직하게는 샘플 물질의 서열결정 전에 제거된다. 상자성 입자를 제거하는 한 가 지 바람직한 방법은, 예를 들어 샘플 물질을 제2 공정 챔버(1450b)로부터 산출 챔버(1450c)로 이동시키는 동안에 샘플 물질을 필터링하는 것이다. 상자성 입자는 예를 들어 제2 공정 챔버(1450b)와 산출 챔버(1450c) 사이에 위치되는 필터를 사용하여 필터링될 수 있다. 적합한 필터는 예를 들어 도 13과 관련하여 전술된 다공성 플러그(670)의 형태일 수 있다. 다른 대안적인 필터는 도 19와 관련하여 설명된 투과성 지지체(874)일 수 있다. 장치(1410)가 축을 중심으로 회전함에 따라, 샘플 물질은 필터를 통해 이동하지만, 상자성 입자는 산출 챔버(1450c)로의 이동이 방지된다.
상자성 입자의 회전을 필요로 하는 공정 챔버로 상자성 입자를 이동시키는 것보다는 오히려, 샘플 물질이 공정 챔버 내로 들어갈 때 상자성 입자를 방출시킬 수 있는 공정 챔버에 건조될 수 있는 상자성 입자를 위치시키는 것이 가능할 수 있다. 다른 대안에서, 샘플 물질이 구조체를 통해 이동함에 따라 통합되지 않은 염료 종결자 물질이 추출될 수 있도록 다공성 멤브레인 또는 플러그에 상자성 입자를 위치시키는 것이 가능할 수 있다.
도 29 및 도 30은 공정 챔버(1550) 내에서의 샘플 물질(1558)의 혼합을 용이하게 할 수 있는 장치의 구조 및 방법을 도시한다. 샘플 물질(1558)은 공정 챔버(1550)를 포함한 장치를 회전시키는 동안에 분배 채널(1562)을 통해 공정 챔버(1550)로 전달된다. 회전은 바람직하게는 샘플 물질(1558)을 원심력에 의해 공정 챔버(1550) 내로 이동시킨다. 위에서 논의된 바와 같이, 샘플 물질(1558)의 전달 전에 공정 챔버(1550) 내에 위치된 공기 또는 다른 유체는 예를 들어 장치의 회 전 속도를 변경시킴으로써 교환될 수 있다.
공정 챔버(1550)는 공정 챔버(1550)를 포함한 장치의 회전에 의해 샘플 물질(1558)로 충전될 수 없는 선택적인 팽창 챔버(1552)를 포함한다. 팽창 챔버(1552)가 샘플 물질(1558)로 충전되는 것은 예를 들어 공정 챔버(1550)에 대한 팽창 챔버(1552)의 적절한 위치 설정에 의해 방지될 수 있다. 도시된 실시 형태에서, 팽창 챔버(1552)는 분배 채널(1562)과 정렬되어, 결과적으로 공정 챔버(1550)로부터 장치의 회전축을 향하여 대체로 후방으로 연장된다.
도 30을 참조하면, 샘플 물질(1558)은 장치의 가속 중에 그의 압력이 상승됨에 따라 팽창 챔버(1552) 내로 더욱 가압될 수 있고, 장치의 회전 속도가 감소될 때 압력이 저하됨에 따라 팽창 챔버(1552) 외부로 다시 이동할 수 있다. 장치를 교대로 가속/감속시킴으로써, 샘플 물질(1558)의 팽창 챔버(1552) 내외로의 이동은 샘플 물질(1558)의 혼합을 향상시키도록 영향 받을 수 있다.
도 31 및 도 32는 본 발명의 샘플 처리 장치 내에 통합될 수 있는 다른 가능한 특징을 도시한다. 도면들에서, 장치에서 공정 챔버(1650)의 단열은 공정 챔버(1650) 주위의 재료를 제거함으로써 향상될 수 있으며, 이때 공정 챔버(1650)는 하나 이상의 스트럿(1656)에 의해 포위체(surrounding body)(1654)에 연결되는 링(1652)에 의해 한정된다. 본질적으로, 공정 챔버(1650)는 하나 이상의 공극에 의해 둘러싸인다. 공정 챔버(1650)로 샘플 물질을 전달하거나 공정 챔버(1650)로부터 샘플 물질을 제거하는 채널은 지지 스트럿(1654)을 따라 위치될 수 있다. 단열은, 가열 중에 공정 챔버(1650)로부터 멀리 열 에너지를 끌어내거나 냉각의 요구 시 저장된 열 에너지를 공정 챔버로 공급하는, 열 싱크의 역할을 할 수 있는 링(1652) 주위의 재료를 제거함으로써 향상된다.
도시된 바와 같이, 코어(1620)의 양면에 제공된 커버층(1630, 1640)은 공정 챔버(1650) 주위에 형성된 공극에 걸쳐 연장될 수 있어서, 한정된 용적의 공기 또는 다른 절연재를 제공할 수 있다. 대안적으로, 커버층(1630, 1640)의 하나 또는 둘 모두는 링(1652) 주위로부터 제거될 수 있다.
현수된(suspended) 공정 챔버(1650)의 향상된 단열 외에, 현수된 구성은 장치가 배치될 수 있는 기부판 또는 다른 구조체에 대한 공정 챔버(1650)의 향상된 유연성을 제공할 수 있다. 향상된 유연성은 스트럿에 의해 제공될 수 있다.
도 33을 참조하면, 본 발명에 따른 장치의 다른 선택적인 특징이 도시된다. 도 31 및 도 32의 장치는 공정 챔버(1650) 아래에 위치되는 융기 돌출부(1682)를 포함하는 기부판(1680)에 위치되는 것으로 도시된다. 돌출부(1682)는 기부판(1680)의 주위 표면(1684) 위로 연장되는 것이 바람직하다.
돌출부(1682)는 공정 챔버(1650)와 기부판(1680) 사이의 열전달을 여러 방식으로 향상시킬 수 있다. 돌출부(1682)들이 적어도 부분적으로 공정 챔버(1650) 내로 연장될 때, 이들은 가열된 기부판(1680)에 노출되는 챔버(1650)의 표면적을 증가시킨다. 더욱이, 공정 챔버(1650)와 확고하게 체결함으로써, 돌출부(1682)는 공정 챔버(1650)의 영역에서 공정 챔버(1650)와 기부판(1680) 사이의 임의의 공기 간극을 감소 또는 제거할 수 있다. 그러한 공기 간극은 공정 챔버(1650)를 기부판(1680)으로부터 단열시킬 수 있어, 열전달을 저하시킬 수 있다.
돌출부(1680)와 접촉하는 공정 챔버(1650)의 일부가 기부판(1680)의 배치에 응답하여 변형되기에 충분한 유연성을 나타내는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 커버층(1640)은 바람직하게는 변형가능한 금속 포일을 포함할 수 있다. 더욱이, (향상된 유연성을 제공할 수 있는) 도 31 및 도 32에 대해 전술한 바와 같이 공정 챔버(1650)를 현수된 링(1652) 내에 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 공정 챔버(1650)가 장치(1610) 및 기부판(1680)을 서로를 향해 가압시키도록 위치되는 장치(1610)에 힘을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 힘은 장치(1610)를 기부판(1680)에 대해 가압시키는 플래튼(platen)에 의해 제공될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 장치(1610)는, 예를 들어 장치(1610)의 중심 개구를 통해 연장되고 장치(1610)를 기부판(1680) 쪽으로 끌어 당기는 스핀들에 의해 기부판(1680) 쪽으로 끌어 당겨질 수 있다. 장치(1610)와 기부판(1680)을 함께 가압시키는 힘을 제공하기 위한 다른 구조들이 당업자에게 공지되어 있을 것이다.
도 34 내지 도 36은 샘플 처리 장치 내에 통합될 수 있는 평형 채널이라 하는 다른 특징부를 도시한다. 평형 채널을 포함하는 실시 형태에서, 챔버는 유체/가스의 통과를 허용할 수 있는 유체 연결부(fluidic connection)와, 선택적으로 개방되어 유체/가스의 유동을 허용할 수 있는 제2 유체 연결부를 구비한다. 챔버의 배향 및 (중력, 원심력과 같은) 외력에 따라, 채널 중 하나가 챔버 내에 수용된 유체 또는 가스에 선택적으로 노출될 수 있다.
도 19를 참조하여 이전에 논의된 바와 같이, 하나 이상의 밸브가 샘플 처리 장치의 처리 챔버 어레이의 챔버들 사이에 위치될 수 있다. 밸브의 일례가, 샘플 처리 장치(1700)의 일 실시 형태의 부분 개략도인 도 34에 도시된다. 도 1에 도시된 샘플 처리 장치에서와 같이, 샘플 처리 장치(1700)는 원형 디스크 형상 또는 회전될 수 있는 임의의 다른 형상을 가질 수 있고, 하나 이상의 처리 챔버 어레이를 포함할 수 있다. 다수의 처리 챔버 어레이 중 하나가 도 34에 도시된다.
특히, 샘플 처리 장치(1700)는 제1 챔버(1702)와, 제2 챔버(1704)와, 샘플 투입 포트(1705)와, 제3 챔버(1706)와, 제4 챔버(1708)와, 제1 챔버(1702) 및 제2 챔버(1704)를 유체 연결하는 제1 채널(1710)과, 제2 챔버(1704) 및 제3 챔버(1706)를 유체 연결하는 제2 채널(1712)을 포함한다. 처리 장치(1700)는 제1 및 제2 평형 채널(1714, 1716)과, 제2 챔버(1704) 및 제3 챔버(1706)를 분리하는 밸브(1718)와, 제1 챔버(1702) 및 제2 챔버(1704)를 분리하는 밸브(1720A 내지 1720C)를 추가로 포함한다. 장치(1700)의 구성요소 각각의 특정 위치는 예시적인 목적을 위한 것으로서 어떤 방식으로도 한정시키는 것으로 의도되지 않는다. 다른 실시 형태에서, 예를 들어, 제1 챔버(1702)는 제2 챔버(1704)의 다른 한 면에 위치될 수 있거나, 각각의 밸브(1718, 1720A 내지 1720C)는 각각의 채널(1712, 1710) 내에 위치될 수 있다.
챔버(1702, 1704, 1706, 1708)의 각각은 상이한 목적을 수행할 수 있다. 예를 들어, 챔버(1702)는 샘플 처리 기술 중에 사용되는 유체를 저장하기 위한 유체 수용 챔버일 수 있고, 챔버(1704, 1706, 1708)는 각각 처리 챔버일 수 있다. 일 실시 형태에서, 샘플 처리 장치(1700)는 샘플에서의 메티실린 내성 황색포도상구 균(MRSA)의 존재를 확인하는 데 사용되고, 제1 챔버(1702)는 세척 유체를 수용할 수 있으며, 제2 챔버(1704)는 수집 챔버일 수 있고, 제3 챔버(1706)는 증폭 챔버일 수 있으며, 제4 챔버(1708)는 열 구동(thermal drive) 챔버일 수 있다.
샘플 처리 장치(1700)의 사용 중에, 샘플은 제2 챔버(1704)에 유체 연결되는 샘플 투입 포트(1705)를 통해 장치(1700) 내로 도입될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 형태에서, 샘플은 샘플 투입 포트(1705) 내로의 도입시 제2 챔버(1704) 내로 직접 도입된다. 몇몇 실시 형태에서, 샘플 투입 포트(1705)는 특정 샘플 크기를 수용하도록 하는 크기를 가질 수 있다. 다른 실시 형태에서, 샘플 투입 포트(1705)는 일 범위의 샘플 크기를 수용하도록 하는 크기를 가질 수 있고, 제2 챔버(1704)는 샘플 처리 장치(1700)에 의해 채택된 샘플 처리 기술에 필요한 샘플 투입 포트(1705)에 수용된 샘플로부터 특정 샘플 크기를 계측하는 계측 시스템을 포함할 수 있다.
샘플 처리 장치(1700)가 샘플에서의 MRSA의 존재를 검출하는 데 사용되는 실시 형태에서, 제2 공정 챔버(1704)는, 박테리아 벽(bacterial wall)(예컨대, 리소스타핀, 강염기)을 용해시키는 데 사용되는 시약과, 핵산(예컨대, DNA, RNA)과 같은 관심 대상의 샘플 목표물을 농축 및/또는 정화시키는 데 사용되는 (비드, 필름과 같은) 다른 재료를 포함할 수 있다. 시약 및 다른 재료는 바람직하게는 샘플의 도입 전에 건조된 형태로 존재한다.
일 실시 형태에서, 샘플이 샘플 투입 포트(1705) 내로 도입된 후에, 샘플은 용해 화학물질과 혼합될 수 있으며, 목표 핵산은 제1 세트의 비드에 포획될 수 있 다. 제1 세트의 비드에서의 핵산의 포획시, 샘플 처리 장치는 가속되어, 비드가 챔버의 바닥 부근에 함께 응집되도록 한다. 비드의 재현탁 및 세척을 위해 제1 챔버(1702)로부터 세척 유체가 방출될 수 있다. 세척 유체는 제1 챔버(1702)로부터 제1 채널(1710)을 통해 제2 챔버(1704)로 하류로 유동한다. 비드를 세척하고 포획된 핵산으로 채우는 이러한 공정은 수회 반복될 수 있으며, 원하지 않는 생체 물질을 제거하는 제거 단계를 또한 포함할 수 있다.
제1 챔버(1702) 내의 세척 유체는 제1 챔버(1702) 내에, 제1 채널(1710) 내에, 또는 제2 챔버(1704) 내에 위치될 수 있는 밸브(1720A 내지 1720C)에 의해 제2 챔버(1702)로부터 분리된다. 3개의 밸브(1720A 내지 1720C)가 도 34에 도시되지만, 다른 실시 형태에서, 임의의 적합한 수의 밸브가 세척 유체를 제1 챔버(1702) 내에 유지시키는 데 사용될 수 있다. 불투광성 장벽은 임의의 적합한 재료로 구성될 수 있다. 밸브(1720A 내지 1720C)는 각각 유체 장벽으로서 작용하는 유체 불투과성 부분을 포함할 수 있으며, 각각 도 19의 밸브(870)와 유사할 수 있다. 밸브(1720A 내지 1720C) 각각의 불투과성 장벽은 유체가 제1 및 제2 공정 챔버(1702, 1704) 사이에서 이동하는 것을 방지하는 데 도움을 준다. 밸브(870)에서와 마찬가지로, 도 34의 밸브(1720A 내지 1720C)는 또한 제1 및 제2 챔버(1702, 1704) 사이에서 이동하는 유체에 투과성인 투과성 층을 포함할 수 있다. 투과성 층은 또한 필터링 기능을 수행할 수 있고, 불투과성 층을 지지할 수 있다.
한 가지 예시적인 실시 형태에서, 밸브(1720A 내지 1720C) 각각의 반경 방향 위치는 계량된 양의 유체가 전달되도록 한다. 예를 들어, 밸브(1720C)가 개방될 때, 단지 밸브(1720C) 상류의 유체만이 방출될 것이다(예컨대, 100 ㎕의 양). 유사한 방식으로, 밸브(1720B)가 개방될 때, 그 다음, 밸브(1720B, 1720C)(이때 밸브(1720C)는 이전에 개방되어 있음) 사이에 수용된 유체가 방출될 것이다(예컨대, 100 ㎕의 양). 다시, 밸브(1720A)가 개방될 때, 그 다음, 밸브(1720A, 1720B)(이때 밸브(1720B, 1720CC)는 이전에 개방되어 있음) 사이에 수용된 유체가 방출될 것이다(예컨대, 100 ㎕의 양).
도 34에 도시된 바와 같은 몇몇 실시 형태에서, 밸브(1720A 내지 1720C)는 레이저 에너지(또는 임의의 적합한 파장의 다른 전자기 에너지)에 의해 "개방"될 수 있다. 그러한 실시 형태에서, 밸브(1720A 내지 1720C) 각각의 불투과성 장벽 부분은, 예를 들어 카본 블랙 함유 폴리프로필렌과 같이 카본 블랙이 함유된 중합체 재료와 같은, 광학적으로 불투명한 재료로 적어도 부분적으로 형성될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 밸브(1720A 내지 1720C)는 각각, 선택된 파장의 전자기 에너지를 흡수하여 그 에너지를 열로 변환시킬 수 있는 재료로 적어도 부분적으로 형성될 수 있어서, 밸브(1720A 내지 1720C)에 공극을 형성할 수 있다.
세척 유체는, 밸브(1720A 내지 1720C) 중 적어도 하나를 개방시켜 제1 및 제2 챔버(1702, 1704) 사이에 유체 연통을 형성시킴으로써 제1 챔버(1702)로부터 제2 챔버(1704) 내로 방출될 수 있다. 최대 유체 유동은 3개의 밸브(1720A 내지 1720C) 모두를 개방시킴으로써 달성될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 도 34에 도시된 실시 형태에서, 밸브(1720A 내지 1720C)는 각각, 각각의 밸브(1720A 내지 1720C)의 불투과성 층에 공극을 형성함으로써 개방되도록 구성된다. 예를 들 어, 2가지 이상의 출력 레벨로 구동될 수 있는 근적외선(NIR) 레이저 광선이 장치(1700)에 지향될 수 있다. 도 34에 도시된 실시 형태에서, 밸브(1720A 내지 1720C)는 레이저 광선(또는 다른 전자기 에너지원)이 밸브(1720A 내지 1720C)의 개방을 위해 장치(1700)의 외부로부터 밸브(1720A 내지 1720C)로 접근할 수 있도록 하는 레이저 비아(도 34에 미도시) 내에 위치될 수 있다.
저출력 설정 하에서, 레이저는 장치(1700) 내의 선택된 밸브(1720A 내지 1720C)를 목표화하는 데 사용될 수 있다. 제어 장치는 레이저 비아를 통해 레이저에 의해 방출된 NIR 광이 목표 밸브(1720A 내지 1720C)에 의해 정확하게 위치됨을 확인하는 데 센서(예컨대, CCD)를 사용할 수 있다. 레이저 및 목표화된 밸브(1720A 내지 1720C)가 정렬되면, 제어 장치는 밸브(1720A 내지 1720C)의 가열 및 목표화된 밸브(1720A 내지 1720C)의 개방을 위해 짧은 순간적인 고출력 에너지를 출력하도록 레이저를 지향시킬 수 있다. 이러한 순간적인 에너지는 예를 들어 천공, 용융 또는 제거에 의해 밸브(1720A 내지 1720C)에 공극을 형성하여, 밸브(1720A 내지 1720C)가 개방되도록 하여서, 유체가 제1 채널(1710)을 통해 제1 챔버(1702)로부터 제2 챔버(1704)로 유동하도록 한다. 몇몇 실시 형태에서, 장치(1700)는 복수의 반응을 순차적으로 발생시키도록 여러 크기 및 재료의 복수의 밸브를 포함할 수 있다.
세척 유체는 장치(1700)가 중심축을 중심으로 회전함에 따라 제1 챔버(1702)로부터 방출되며, 이러한 회전으로부터 발생되는 구심력은 세척 유체가 제2 챔버(1704) 내로 (대체로 화살표(1722)로 도시된) 하류로 유동하도록 한다. 몇몇 실 시 형태에서, 제2 챔버(1704)는 제3 챔버(1706)로부터 반경 방향 외부에 위치될 수 있다. 물론, 모세관 작용 또는 중력과 같은 다른 기술이 제1 챔버(1702)로부터 제2 챔버(1704)로의 세척 유체 유동을 촉진하는 데 사용될 수 있다. 세척 유체가 제2 챔버(1704) 내로 유동함에 따라, 제2 챔버(1704) 내의 공기가 배출될 수 있다. 세척 유체가 제2 챔버(1704) 내로 들어감에 따라, 세척 유체가 유입되어 제2 챔버(1704)의 용적부를 차지하기 때문에 공기는 제2 챔버(1704) 외부로 밀려난다. 샘플 물질 또는 어떤 세척 유체와 같은 어떤 유체가 평형 채널을 통해 상류로 유동할 수도 있지만, 공기는 전형적으로 제2 챔버(1704)로부터 배출되는 유체의 대부분을 구성한다. 무거운 중량 또는 밀도의 세척 유체 또는 다른 재료는 그것이 내부에 존재하는 챔버의 최저점을 향하려고 하여 공기가 상류로 가압되는 것으로 추측된다.
배출된 공기는 제1 및 제2 챔버(1702, 1704) 내의 압력을 평형시키는 제1 평형 채널(1714)을 통해 상류로(화살표(1724)로 도시됨) 유동한다. 제1 평형 채널(1714)은 전형적으로 개방되고 제1 및 제2 챔버(1702, 1704)와 유체 연통된다. 도 35 및 도 36에 도시된 샘플 처리 장치의 다른 실시 형태와 관련하여 아래에 설명되는 바와 같이, 몇몇 실시 형태에서, 제1 및 제2 평형 채널(1714, 1716)은 본질적으로 배출된 공기가 유동하는 다른 공간을 제공하는 평형 비아에 유체 연결될 수 있다.
제1 평형 채널(1714)이 없으면, 제2 챔버(1704)로부터의 배출된 공기 및 제1 챔버(1702)로부터의 세척 유체 둘 모두는 제1 채널(1710)을 통해 유동한다. 특히, 세척 유체는 제2 챔버(1704)로 하류로 이동하고, 배출된 공기는 제1 챔버(1702)로 상류로 이동한다. 세척 유체의 하류 유동은 제2 챔버(1704)로부터 제1 챔버(1702)로의 공기의 이동을 저해하는 힘을 인가할 수 있는 한편, 공기의 상류 유동은 제1 챔버(1702)로부터 제2 챔버(1704)로의 세척 유체의 하류 이동을 저해하는 힘을 인가할 수 있다. 비통기형 시스템에서, 생성된 임의의 진공이 또한 유동을 저해할 것이다.
제1 평형 채널(1714)은 제2 챔버(1704)로부터 제1 챔버(1702)로의 공기의 상류 유동을 위한 전용 채널을 제공할 수 있다. 따라서, 제1 채널(1710)은 제1 챔버(1702)로부터 제2 챔버(1704)로의 세척 유체의 하류 유동을 위한 전용 채널로서 기능을 할 수 있다. 물론, 실제로, 일부 공기는 제1 채널(1710)을 통해 상류로 유동할 수도 있다. 그러나, 대부분의 공기는 제1 평형 채널(1714)을 통해 제2 채널(1704) 외부로 유동한다. 세척 유체 유동을 위한 전용 채널(1710)은 제1 챔버(1702)로부터 제2 챔버(1704)로의 유체의 보다 신속한 하류 유동을 유발한다.
샘플 처리 장치(1700)는 도 9A 내지 도 11을 참조하여 전술된 기술과 같은, 열 사이클링을 포함하는 샘플 처리 기술과 관련하여 사용될 수 있다. 장치(1700)의 내용물이 가열될 때, 각각의 챔버(1702, 1704) 및 채널(1710, 1712) 등의 공기 압력은 상승될 수 있다. 제1 평형 채널(1714)은 외부로 개방되는 개구를 구비할 수 있으며(즉, 제1 평형 채널(1714)은 밀봉되지 않을 수 있음), 이는 가열시 장치(1700) 내의 공기가 팽창되는 지점을 제공한다. 적어도 제1 평형 채널(1714)과 연통되는 챔버, 즉 챔버(1702, 1704) 내의 공기 압력의 방출을 도움으로써, 제1 평 형 채널(1714)은 샘플 처리 장치(1700) 내의 공기 압력을 평형시키는 데 도움을 준다.
제2 챔버(1704)로부터의 유체는 도 19의 밸브(870) 및 전술한 밸브(1720A 내지 1720C) 둘 모두와 유사할 수 있는 밸브(1718)에 의해 제3 챔버(1706)로부터 분리된다. 밸브(1720A 내지 1720C)에서와 같이, 밸브(1718)는 레이저 광선(또는 다른 전자기 에너지원)이 밸브(1718)로 접근하는 통로를 제공하는 레이저 비아(도 34에는 미도시) 내에 위치될 수 있다. 또한, 밸브(1718)는, 유체가 제2 및 제3 처리 챔버(1704, 1706) 사이에서 이동하는 것을 방지하는 불투과성 장벽과, 유체가 제2 및 제3 챔버(1704, 1706) 사이에서 이동하도록 할 수 있는 투과성 층을 포함할 수 있다.
유체는 밸브(1718)를 개방시킴으로써 제2 챔버(1704)로부터 제3 챔버(1706) 내로 방출될 수 있다. 도 34에 도시된 실시 형태에서, 밸브(1718)는 밸브(1718)의 불투과성 층에 공극을 형성시킴으로써 개방되도록 구성된다. 예를 들어, 근적외선(NIR) 레이저가 장치(1700)에 지향될 수 있다. 저출력 설정 하에서, 레이저는 장치(1700) 내의 선택된 밸브, 예를 들어 밸브(1718)를 목표화시키는 데 사용될 수 있다. 제어 장치는 레이저에 의해 방출된 NIR 광이 밸브(1718)에 대해 레이저 비아 내에 정확하게 위치되는 것을 확인하는 센서를 사용할 수 있다. 목표화된 밸브(1718)와 레이저가 정렬되면, 제어 장치는 레이저를 밸브(1718)의 가열 및 목표화된 밸브(1718)의 개방을 위해 짧은 순간적인 고출력 에너지를 출력하도록 지향시킬 수 있다. 이러한 순간적인 에너지는 예를 들어 천공, 용융 또는 제거에 의해 밸브(1718)에 공극을 형성하여, 밸브(1718)가 개방되도록 하여서, 유체가 제2 채널(1712)을 통해 제2 챔버(1704)로부터 제3 챔버(1706)로 유동하도록 한다. 몇몇 실시 형태에서, 장치(1700)는 복수의 반응을 순차적으로 발생시키도록 여러 크기 및 재료의 복수의 밸브를 포함할 수 있다.
몇몇 실시 형태에서, 제3 챔버(1706)는 제2 챔버(1704)로부터 반경 방향 외부에 위치될 수 있으며, 유체는 구심력에 의해 밸브(1718)의 공극을 통해서 제2 챔버(1704)로부터 제3 챔버(1706)로 유동하도록 촉진될 수 있다. 즉, 장치(1700)가 중심축을 중심으로 회전함에 따라, 유체는 제2 챔버(1704)로부터 외부로 제3 챔버(1706)로 유동할 수 있다.
제2 평형 채널(1716)은 제1 및 제3 챔버(1702, 1706)와 유체 연통된다. 전형적으로 개방된 제2 평형 채널(1716)은 제1 평형 채널(1714)과 유사하며, 유체가 제3 챔버(1706) 내로 유입될 때 제3 챔버(1706)로부터 배출되는 공기가 제2 챔버(1704)로부터 제3 챔버(1706)로의 유체의 유동과 간섭되지 않고서 제3 챔버(1706)로부터 배출되도록 하는 통로를 제공한다. 제2 평형 채널(1716)을 통한 배출된 공기의 유동은 제2 채널(1712)이 제2 챔버(1704)로부터 제3 챔버(1706)로의 유체의 유동에 전용이 되도록 한다. 다시, 이는 전용 상류 채널(즉, 제2 평형 채널(1716)) 및 전용 하류 채널(즉, 제2 채널(1712))이 없을 경우에 가능할 수 있는 것보다 신속한 제2 챔버(1704)로부터 제3 챔버(1706)로의 유체 유동을 유발한다.
제2 평형 채널(1716)이 제3 챔버(1706)로부터 제1 챔버(1702)로의 상류 유동을 제공하는 것으로 도 34에 도시되지만, 다른 실시 형태에서, 제2 평형 채 널(1716)은 임의의 다른 상류 챔버에 또는 제1 평형 채널(1714)이 연결된 평형 비아와 동일하거나 동일하지 않을 수 있는 평형 비아에 유체 연결될 수 있다.
도 35는 유체가 장치(1750)의 챔버들 사이에서 이동됨에 따라 상이한 챔버들 사이의 압력을 평형시키는 데 도움을 주는 하나 이상의 평형 채널을 통합한 샘플 처리 장치(1750)의 다른 실시 형태의 부분 저면도이다. 도 36은 샘플 처리 장치(1750)의 부분 평면도로서, 도 35에 도시된 것에 대향된 처리 장치(1750)의 면을 도시한다. 도 35 및 도 36에 도시된 도면의 "저면도" 및 "평면도"의 명칭은 기재의 명확함을 위한 것으로서, 어떠한 식으로도 한정시키고자 의도되지는 않는다. 도 34에 도시된 샘플 처리 장치(1700) 도면에서와 같이, 도 35 및 도 36에서, 샘플 처리 장치(1750)는 다수의 처리 챔버 어레이로 구성될 수 있으며, 단일 챔버 처리 어레이(예를 들어, 처리 챔버 및 각각의 채널)가 도 35 및 도 36에 도시된다. 물론, 원하는 경우에, 처리 장치(1750)는 단일 처리 챔버 어레이를 포함할 수 있다.
처리 장치(1750)의 저면도는 기재(1751), 상류 챔버(1752), 하류 챔버(1754), 상류 및 하류 챔버(1752, 1754)를 연결하는 유체 채널(1756), 레이저 밸브 비아(1758), 평형 채널(1760) 및 평형 비아(1762)를 도시한다. 처리 장치(1750)의 평면도는 기재(1751), 하류 챔버(1754), 레이저 밸브 비아(1758), 평형 채널(1760), 평형 비아(1762), 레이저 밸브(1766) 및 상류 챔버(1752)로의 비아(1768)를 도시한다. 챔버(1752, 1754), 채널(1756, 1760) 및 비아(1758, 1762, 1768)는 기재(1751)에 의해 한정된다. 그러나, 다른 실시 형태에서, 챔버(1752, 1754), 채널(1756, 1760) 또는 비아(1758, 1762, 1768) 중 적어도 일부는 다른 구 조체 또는 구조체들의 조합에 의해 한정될 수 있다.
상류 챔버(1752)와 하류 챔버(1754)는 기재(1751)에 반경 방향으로 배열될 수 있으며, 여기서 하류 챔버(1754)는 상류 챔버(1752)로부터 반경 방향 외부에 위치된다. 유체 및 샘플을 처리 장치(1750) 내에 유지시키기 위해, 보호재가 하부 표면을 따라 배치될 수 있다. 가요성 필름 또는 금속 포일과 같은 가요성 재료는 가요성일 수 있거나, 보호재는 강성일 수 있다.
샘플은 상류 챔버(1752)와 유체 연통되는 비아(1768)를 통해 장치(1750) 내로, 그리고 특히 상류 챔버(1752) 내로 도입될 수 있다. 이어서, 샘플은 장치(1750)가 중심축(1750A)을 중심으로 회전함에 따라 구심력과 같은 것에 의해서 비아(1768)로부터 상류 챔버(1752) 내로 유동될 수 있다. 레이저 밸브(1766)는 상류 챔버(1752)와 하류 챔버(1754)를 분리시킨다. 레이저 밸브(1766)는 도 34의 레이저 밸브(1718, 1720A 내지 1720C)와 유사할 수 있다. 레이저 밸브(1766)를 개방시키기 위해서, 레이저 밸브(1766)에 광학적으로 결합된 레이저 밸브 비아(1758) 내로 레이저가 지향될 수 있다. 즉, 레이저 광선 또는 밸브(1766) 개방을 위해 전자기 에너지를 운반하는 다른 광선이 레이저 밸브 비아(1758)로부터 밸브(1766)로 횡단할 수 있다.
레이저 비아(1758)는, 레이저 에너지에 의해서 투과될 수 있지만 장치(1750) 내에서의 유체 유지를 돕기 위해 실질적으로 유체 불투과성인 재료에 의해 덮일 수 있다. 예를 들어, 레이저 비아(1758)는 기재(1701)에 의해 한정되는 개구일 수 있으며, 여기서 개구는 폴리프로필렌, 실리콘 또는 게르마늄과 같은, 실질적으로 광 선에 투과성인 플라스틱으로 형성되는 필름에 의해 덮인다. 유사하게, 다른 평형 비아(1762) 및 상류 비아(1768)도 또한 장치(1750) 내에서의 재료 유지를 돕기 위해 재료에 의해 덮일 수 있지만, 재료는 반드시 전자기 에너지원에 의해 투과될 필요는 없다. 상류 비아(1768)가 보호재에 의해 덮이면, 바람직하게는 샘플이 상류 비아(1768) 내로 도입되도록 하기 위해서 장치(1750)의 외부로부터 상류 비아(1768)로의 접근을 제공하는 개구가 있다.
밸브(1766) 또는 밸브(1766)의 적어도 불투과성 부분을 비아(1758) 내에 또는 비아(1758)의 광 연통부(optical communication) 내에 위치시키는 것은 레이저 에너지(또는 다른 전자기 에너지)를 레이저 밸브(1766)에 지향시키는 것을 도울 수 있다. 예를 들어, 비아(1758)는 기재(1751)에 의해 한정되는 리세스일 수 있으며, 이러한 리세스는 벽을 포함할 수 있다. 레이저 에너지가 비아(1758) 내로 지향될 때, 레이저 에너지는 벽으로부터 레이저 밸브(1766) 쪽으로 반사될 수 있다. 이러한 방식으로, 벽은 레이저 광선을 레이저 밸브(1766) 쪽으로 지향시키는 것을 도울 수 있다.
레이저 밸브(1766)의 개방시, 상류 챔버(1752) 내의 유체는 구심력, 중력, 또는 채택된 샘플 처리 기술에 전형적으로 의존하는 다른 힘에 의해 채널(1756) 내로 유입되어 하류 챔버(1754)로 유동할 수 있다. 도 34를 참조하여 전술된 바와 같이, 유체가 채널(1756)로부터 하류 챔버(1754) 내로 유동할 때, 전형적으로 하류 챔버(1754)는 고정 용적을 갖기 때문에, 공기가 하류 챔버(1754)로부터 배출될 수 있다. 장치(1750)는 유체가 하류 챔버(1754) 내로 유동함에 따라 하류 챔버(1754) 로부터 배출되는 공기를 위한 상류 통로를 제공하는 평형 채널(1760)을 포함한다.
상류로 유동하는 공기와 하류로 유동하는 유체는 단일 채널(1756) 내의 공간을 위해 "경합"할 필요가 없기 때문에, 채널(1756)을 통한 하류 유체 유동은 방해되지 않는다. 유체 유동을 위한 전용 채널(1756)은 보다 신속한 유체 유동을 유발한다.
평형 채널(1760)은 하류 챔버(1754)로부터 배출된 공기가 유동하는 공간을 제공하는 평형 비아(1762)에 유체 연결된다. 대안적으로, 도 36에 도시된 바와 같이, 평형 채널(1760)은 상류 비아(1768)에 유체 연결될 수 있다.
도 34 내지 도 36을 참조하여 전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 샘플 처리 장치는 챔버가 제2 유체를 수용할 때 제1 유체가 챔버로부터 배출되는 경로를 제공하는 하나 이상의 채널을 포함할 수 있다. "평형" 채널이라 할 수 있는 채널은 제1 유체를 위한 상류 경로를 제공할 수 있다. 그러나, "상류" 및 "하류" 라는 명칭은 모든 실시 형태들에 적용되지 않을 수 있다. 평형 채널은 샘플 처리 장치의 여러 챔버 내의 압력이 평형이 되도록 하며, 이는 샘플 처리 장치를 통한 보다 효율적인 유체 유동을 제공하는 것을 도울 수 있다. 평형 채널 또는 통로의 사용은 전술된 샘플 처리 장치의 실시 형태들에 한정되지 않는다. 오히려, 하나 이상의 상호연결된 챔버를 구비한 분배 시스템을 포함하는 임의의 샘플 처리 장치가 챔버 중 적어도 하나를 통기시키는 하나 이상의 평형 채널을 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 특허, 특허출원 및 공개는 개별적으로 포함된 것처럼 본 명세서에 (전체적으로) 참고로 포함된다. 전술한 기재 내용은 예시적이고 비제한 적인 것으로 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 다양한 변형 및 변경은 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 전술된 설명으로부터 당업자에게 자명하게 될 것이며, 본 발명이 본 명세서에 나타낸 예시적인 실시 형태들로 부당하게 제한되지 않음을 이해하여야 한다.

Claims (47)

  1. 샘플 물질을 수용하는 제1 용적부를 한정하는 제1 챔버와;
    샘플 물질을 수용하는 제2 용적부를 한정하고 유체를 포함하는 제2 챔버와;
    제1 챔버 및 제2 챔버를 유체 연결하는 제1 채널과;
    제2 챔버와 유체 연통되고, 샘플 물질이 제2 챔버 내로 들어갈 때 유체가 제2 챔버로부터 배출되는 경로를 제공하는 제2 채널과;
    제1 챔버와 제2 챔버 사이의 채널에 위치되고, 제1 채널을 폐쇄하는 불투과성 멤브레인을 포함하고, 전자기 에너지를 사용하여 불투과성 멤브레인을 통해 공극을 형성함으로써 개방되는 밸브를 포함하는 샘플 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 전자기 에너지는 레이저 에너지인 샘플 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 제2 챔버는 제1 챔버의 반경 방향 외부에 위치된 샘플 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 유체는 공기를 포함하는 샘플 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 공기는 샘플 물질이 제1 챔버로부터 제2 챔버 내로 들어감에 따라 제2 챔버로부터 배출되는 샘플 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 제1 챔버, 제2 챔버, 제1 채널, 제2 채널 및 밸브를 포함하는 회전가능한 기재를 추가로 포함하고, 샘플 물질은 기재가 영(0)이 아닌 회전 속도로 회전할 때 밸브의 개방시 제1 챔버로부터 제1 채널을 통해 제2 챔버로 유동하도록 구성된 샘플 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 제2 채널은 제1 및 제2 챔버와 유체 연통되고, 샘플 물질이 제1 챔버로부터 제2 챔버로 이동할 때, 유체는 제2 챔버로부터 제2 채널을 통해 제1 챔버로 이동하는 샘플 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 제2 채널과 유체 연통되는 비아를 추가로 포함하고, 샘플 물질이 제1 챔버로부터 제2 챔버로 이동할 때, 유체는 제2 챔버로부터 제2 채널을 통해 비아로 이동하는 샘플 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서, 제1 채널은 샘플 물질을 위한 하류 경로를 제공하고 제2 채널은 유체를 위한 상류 경로를 제공하는 샘플 처리 장치.
  10. 제1 용적부를 한정하는 제1 챔버와;
    제2 용적부를 한정하고 유체를 포함하는 제2 챔버와;
    제1 챔버로부터 제2 챔버로 하류 경로를 제공하는 제1 채널과;
    제2 챔버로부터 비아로 상류 경로를 제공하는 제2 채널과;
    제1 챔버와 제2 챔버 사이의 채널에 위치되고, 제1 채널을 폐쇄하는 불투과성 멤브레인을 포함하고, 전자기 에너지를 사용하여 불투과성 멤브레인을 통해 공극을 형성함으로써 개방되는 밸브를 포함하는 샘플 처리 장치.
  11. 제1 및 제2 주 면과 제1 주 면에 부착되는 제1 커버를 포함하고, 제1 주 면은 비아를 한정하고, 제1 커버는 선택된 파장의 전자기 에너지를 투과시키는 기재와;
    기재에 형성되는 복수의 공정 챔버 어레이를 포함하고, 공정 챔버 어레이의 각각은
    샘플 물질을 수용하는 용적부를 한정하는 제1 챔버와;
    샘플 물질을 수용하는 용적부를 한정하고 제1 유체를 포함하는 제2 챔버와;
    제1 챔버와 제2 챔버 사이에서 연장되는 제1 채널과;
    제2 챔버와 유체 연통되고, 샘플 물질이 제2 챔버 내로 들어감에 따라 유체가 제2 챔버로부터 배출되는 경로를 제공하도록 구성된 제2 채널과;
    복수의 공정 어레이 중 적어도 하나의 공정 어레이의 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 채널에 위치되고, 제1 채널을 폐쇄하는 불투과성 멤브레인을 포함하고, 제1 커버를 통과하는 전자기 에너지를 사용하여 불투과성 멤브레인을 통해 공극을 형성함으로써 개방되는 밸브를 포함하고,
    복수의 공정 챔버 어레이는 제2 챔버가 공정 챔버 어레이 각각에서 제1 챔버 의 반경 방향 외부에 위치되도록 기재에 반경 방향으로 배열되는 샘플 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서, 유체는 공기를 포함하는 샘플 처리 장치.
  13. 제11항에 있어서, 제2 채널은 제1 및 제2 챔버와 유체 연통되고, 샘플 물질이 제1 챔버로부터 제2 챔버로 이동할 때, 유체는 제2 챔버로부터 제2 채널을 통해 제1 챔버로 이동하는 샘플 처리 장치.
  14. 제11항에 있어서, 기재의 제1 주 면은 비아를 한정하고, 제2 채널은 비아와 유체 연통되며, 샘플 물질이 제1 챔버로부터 제2 챔버로 이동할 때, 유체는 제2 챔버로부터 제2 채널을 통해 비아로 이동하는 샘플 처리 장치.
  15. 제11항에 있어서, 채널은 기재에 형성되는 비아를 포함하고, 비아는 기재의 제1 주 면에서 개구를 포함하며, 제1 커버는 개구에 걸쳐 연장되고, 불투과성 멤브레인은 비아 내에 위치되는 샘플 처리 장치.
  16. 제1항, 제10항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 불투과성 멤브레인은 기재로부터 분리되고 그와 별개인 샘플 처리 장치.
  17. 제1항, 제10항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 불투과성 멤브레인은 기 재와 일체로 성형되는 샘플 처리 장치.
  18. 제1항, 제10항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 불투과성 멤브레인은 제1 커버에 의해 투과되는 선택된 파장의 전자기 에너지의 적어도 일부를 흡수하여 그 전자기 에너지를 열로 변환시킬 수 있는 재료의 코팅을 포함하는 샘플 처리 장치.
  19. 제11항에 있어서, 밸브는 불투과성 멤브레인에 근접한 투과성 지지체를 추가로 포함하는 샘플 처리 장치.
  20. 제11항에 있어서, 채널은 기재에 형성되는 비아를 포함하고, 비아는 기재의 제1 주 면에서 개구를 포함하며, 제1 커버는 개구에 걸쳐 연장되고, 불투과성 멤브레인 및 투과성 지지체 둘 모두는 비아 내에 위치되는 샘플 처리 장치.
  21. 제11항에 있어서, 기재의 제2 주 표면에 부착되는 제2 커버를 추가로 포함하고, 제2 커버는 금속층을 포함하는 샘플 처리 장치.
  22. 제11항에 있어서, 제1 커버는 기재의 제1 주 면에 접착식으로 부착되는 샘플 처리 장치.
  23. 제11항에 있어서, 기재는 상부층, 하부층, 및 제1 층과 제2 층 사이에 위치 되는 밸브층을 추가로 포함하고, 복수의 공정 챔버 어레이의 적어도 일부 공정 챔버 어레이의 밸브의 불투과성 멤브레인은 밸브층의 일부를 포함하는 샘플 처리 장치.
  24. 제23항에 있어서, 밸브층은 제1 커버에 의해 투과되는 선택된 파장의 전자기 에너지의 적어도 일부를 흡수하여 그 전자기 에너지를 열로 변환시킬 수 있는 재료를 포함하는 샘플 처리 장치.
  25. 제11항에 있어서, 기재는 상부층, 하부층, 및 제1 층과 제2 층 사이에 위치되는 밸브층을 추가로 포함하고, 복수의 공정 챔버 어레이의 모든 공정 챔버 어레이의 밸브의 불투과성 멤브레인은 밸브층의 일부를 포함하는 샘플 처리 장치.
  26. 제25항에 있어서, 밸브층은 기재의 상부층 및 하부층과 동일 공간에 걸쳐 있는 샘플 처리 장치.
  27. 제25항에 있어서, 밸브층은 제1 커버에 의해 투과되는 선택된 파장의 전자기 에너지의 적어도 일부를 흡수하여 그 전자기 에너지를 열로 변환시킬 수 있는 재료의 코팅을 포함하는 샘플 처리 장치.
  28. 샘플 물질을 수용하는 제1 용적부를 한정하는 제1 챔버와, 샘플 물질을 수용 하는 제2 용적부를 한정하는 제2 챔버와, 제1 챔버로부터 제2 챔버로의 하류 경로를 제공하고 제1 챔버와 제2 챔버 사이에 밸브가 내부에 위치되는 제1 채널과, 제2 챔버로부터 비아로 상류 경로를 제공하는 제2 채널을 추가로 포함하는 샘플 처리 장치의 제1 커버를 통해 선택된 파장의 전자기 에너지를 지나가게 함으로써 샘플 처리 장치의 밸브를 개방시키는 단계-선택된 파장의 전자기 에너지는 밸브의 불투과성 멤브레인을 통해 공극을 형성함-와;
    샘플 처리 장치를 회전시켜 제1 유체를 제1 챔버로부터 밸브의 불투과성 멤브레인의 공극을 통해 제2 챔버로 지나가게 하는 단계를 포함하고,
    제1 유체가 제2 챔버 내로 지나감에 따라 제2 유체가 제2 채널을 통해 비아 내로 지나가는 방법.
  29. 제1 및 제2 주 면과 제1 주 면에 부착되는 제1 커버를 포함하는 기재와, 기재에 형성되는 복수의 공정 챔버 어레이를 포함하고, 공정 챔버 어레이의 각각은 샘플 물질을 수용하는 용적부를 한정하는 제1 챔버, 샘플 물질을 수용하는 용적부를 한정하고 제1 유체를 포함하는 제2 챔버, 제1 챔버와 제2 챔버 사이에서 연장되는 제1 채널, 제2 챔버와 유체 연통되고 샘플 물질이 제2 챔버 내로 들어갈 때 제1 유체가 제2 챔버로부터 배출되는 경로를 제공하도록 구성된 제2 채널; 및 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 제1 채널에 위치되고 제1 채널을 폐쇄하는 불투과성 멤브레인을 포함하는 밸브를 포함하는 샘플 처리 장치를 제공하는 단계와;
    제1 커버를 통해 선택된 파장의 전자기 에너지를 지나가게 함으로써 복수의 공정 챔버 어레이의 하나 이상의 공정 챔버 어레이의 밸브를 개방시키는 단계-선택된 파장의 전자기 에너지는 하나 이상의 공정 챔버 어레이의 밸브의 불투과성 멤브레인을 통해 공극을 형성함-와;
    샘플 처리 장치를 회전시켜 제2 유체를 하나 이상의 공정 챔버 어레이의 밸브의 불투과성 멤브레인의 공극을 통해 하나 이상의 공정 챔버 어레이의 제1 챔버로부터 제2 챔버로 지나가게 하는 단계를 포함하고,
    제2 유체가 제2 챔버 내로 지나감에 따라 제1 유체가 각각의 제2 챔버로부터 배출되는, 샘플 처리 장치를 통해 유체 유동을 제어하는 방법.
  30. 제29항에 있어서, 샘플 처리 장치의 기재는 제2 채널과 유체 연통되는 비아를 한정하고, 각각의 제2 챔버로부터의 제1 유체는 제2 챔버로부터 제2 채널을 통해 비아로 지나가는 방법.
  31. 제29항에 있어서, 제1 유체는 공기인 방법.
  32. 제29항에 있어서, 복수의 공정 챔버 어레이는 유체를 하나 이상의 공정 챔버 어레이의 밸브의 불투과성 멤브레인의 공극을 통해 지나가도록 하기 위해 기재의 회전 중심인 회전축에 대해 반경 방향으로 배열되고, 제2 챔버는 공정 챔버 어레이 각각의 제1 챔버의 반경 방향 외부에 위치되는 방법.
  33. 제28항 또는 제29항에 있어서, 불투과성 멤브레인은 선택된 파장의 전자기 에너지의 적어도 일부를 흡수할 수 있는 재료의 코팅을 포함하는 방법.
  34. 제28항 또는 제29항에 있어서, 불투과성 멤브레인은 선택된 파장의 전자기 에너지의 적어도 일부를 흡수할 수 있는 재료를 포함하고, 재료는 불투과성 멤브레인 내에 포함되는 방법.
  35. 제29항에 있어서, 복수의 공정 챔버 어레이의 적어도 일부의 공정 챔버 어레이의 채널은 기재에 형성되는 비아를 포함하고, 비아는 기재의 제1 주 면에서 개구를 포함하며, 제1 커버는 개구에 걸쳐 연장되고, 불투과성 멤브레인은 비아 내에 위치되며, 상기 방법은 선택된 파장의 전자기 에너지를 비아 내로 지향시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  36. 제29항에 있어서, 선택된 파장의 전자기 에너지는 레이저에 의해 방출되는 방법.
  37. 제1 공정 챔버와, 제2 공정 챔버와, 제1 공정 챔버와 제2 공정 챔버 사이에 위치되고 불투과성 장벽을 포함하는 밸브와, 제2 공정 챔버와 유체 연통되는 평형 채널을 각각이 포함하는 복수의 공정 챔버 어레이를 포함하는 장치를 제공하는 단계와;
    적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제1 공정 챔버에 샘플 물질을 제공하는 단계와;
    장치의 표면에 부착된 커버를 통해 선택된 파장의 전자기 에너지를 사용하여 밸브의 불투과성 장벽에 공극을 형성함으로써 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제1 공정 챔버를 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제2 공정 챔버와 유체 연통시키는 단계와;
    장치를 회전시킴으로써 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제1 공정 챔버로부터 공극을 통해 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제2 공정 챔버로 샘플 물질을 이동시키는 단계를 포함하고,
    샘플 물질이 제1 공정 챔버로부터 제2 공정 챔버로 이동됨에 따라 공기는 각각의 평형 채널을 통해 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제2 챔버 외부로 이동하는, 샘플 처리 장치 내에서 샘플 물질을 이동시키는 방법.
  38. 제37항에 있어서, 복수의 공정 챔버 어레이는 샘플 물질을 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제1 공정 챔버로부터 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제2 공정 챔버로 이동시키기 위해 장치의 회전 중심인 회전축에 대해 반경 방향으로 배열되고, 제2 공정 챔버는 공정 챔버 어레이 각각의 제1 공정 챔버의 반경 방향 외부에 위치되는 방법.
  39. 제37항에 있어서, 밸브는 불투과성 장벽에 근접한 투과성 지지 부재를 추가 로 포함하는 방법.
  40. 제37항에 있어서, 샘플 물질을 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제1 공정 챔버로부터 제2 공정 챔버로 이동시키는 동안에 샘플 물질을 필터링하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  41. 제37항에 있어서, 각각의 공정 챔버 어레이는 평형 채널과 유체 연통되는 평형 비아를 추가로 포함하고, 장치를 회전시킴으로써 샘플을 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제1 공정 챔버로부터 공극을 통해 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제2 공정 챔버로 이동시킬 때, 공기는 적어도 하나의 공정 챔버 어레이의 제2 챔버로부터 각각의 평형 채널을 통해 각각의 평형 비아 내로 이동하는 방법.
  42. 제28항 또는 제29항에 있어서, 불투과성 멤브레인은 중합체와, 광 에너지를 흡수하는 염료를 포함하는 방법.
  43. 제42항에 있어서, 중합체는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌 및 이들의 조합을 포함하는 방법.
  44. 제42항에 있어서, 염료 물질은 카본 블랙인 방법.
  45. 제1항, 제10항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 불투과성 멤브레인은 중합체와, 광 에너지를 흡수하는 염료를 포함하는 샘플 처리 장치.
  46. 제45항에 있어서, 중합체는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 및 이들의 조합을 포함하는 샘플 처리 장치.
  47. 제46항에 있어서, 염료 물질은 카본 블랙인 샘플 처리 장치.
KR1020097015248A 2006-12-22 2007-12-21 향상된 샘플 처리 장치, 시스템 및 방법 KR20090105934A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US87162006P 2006-12-22 2006-12-22
US60/871,620 2006-12-22
PCT/US2007/088526 WO2008080046A1 (en) 2006-12-22 2007-12-21 Enhanced sample processing devices, systems and methods

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090105934A true KR20090105934A (ko) 2009-10-07

Family

ID=39386139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020097015248A KR20090105934A (ko) 2006-12-22 2007-12-21 향상된 샘플 처리 장치, 시스템 및 방법

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20080152546A1 (ko)
EP (1) EP2107944B1 (ko)
KR (1) KR20090105934A (ko)
CN (1) CN101568384B (ko)
AU (1) AU2007336771A1 (ko)
CA (1) CA2673056A1 (ko)
TW (1) TW200844420A (ko)
WO (1) WO2008080046A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140019429A (ko) * 2011-05-18 2014-02-14 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 샘플 처리 장치 상의 밸빙을 위한 시스템 및 방법
KR20150117909A (ko) 2014-04-11 2015-10-21 한국과학기술원 집적형 회전 ｐｃｒ 방법 및 이를 위한 집적형 회전 ｐｃｒ용 마이크로칩

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7763210B2 (en) 2005-07-05 2010-07-27 3M Innovative Properties Company Compliant microfluidic sample processing disks
US7754474B2 (en) * 2005-07-05 2010-07-13 3M Innovative Properties Company Sample processing device compression systems and methods
US20090326409A1 (en) * 2008-06-27 2009-12-31 Cohen Jason C Clothing sufficiency indicator
KR20100102781A (ko) 2009-03-12 2010-09-27 삼성전자주식회사 원심력 기반 미세유동장치 및 이의 제조방법
USD638951S1 (en) 2009-11-13 2011-05-31 3M Innovative Properties Company Sample processing disk cover
USD638550S1 (en) 2009-11-13 2011-05-24 3M Innovative Properties Company Sample processing disk cover
USD667561S1 (en) 2009-11-13 2012-09-18 3M Innovative Properties Company Sample processing disk cover
US8834792B2 (en) 2009-11-13 2014-09-16 3M Innovative Properties Company Systems for processing sample processing devices
US20120245042A1 (en) * 2011-03-14 2012-09-27 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Debubbler for microfluidic systems
WO2012158990A1 (en) 2011-05-18 2012-11-22 3M Innovative Properties Company Systems and methods for volumetric metering on a sample processing device
USD672467S1 (en) 2011-05-18 2012-12-11 3M Innovative Properties Company Rotatable sample processing disk
ES2870874T3 (es) 2011-05-18 2021-10-27 Diasorin S P A Sistemas y métodos para detectar la presencia de un volumen seleccionado de material en un dispositivo de procesamiento de muestra
US9046454B2 (en) * 2011-06-08 2015-06-02 Bio-Rad Laboratories, Inc. Processing of analyte supports with oscillating fluid by interrupted rotation
US9557250B2 (en) * 2012-05-17 2017-01-31 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Devices and methods for separating particles
KR101439483B1 (ko) 2012-12-05 2014-09-15 매쓰파워 주식회사 유공 폐쇄막을 이용한 박막 밸브 장치
WO2014104830A1 (ko) * 2012-12-27 2014-07-03 성균관대학교산학협력단 온도 민감 폴리머 합성체를 이용한 핵산 증폭 디스크 장치 및 이를 이용한 분석 방법
EP3141592B1 (en) * 2014-05-08 2020-03-11 Osaka University Heat convection-generating chip and liquid-weighing instrument
CN107530486B (zh) * 2015-05-08 2020-12-11 生物磁溶液有限公司 免疫磁性细胞分离的装置和方法
TWI671397B (zh) * 2017-07-14 2019-09-11 國立中興大學 粒線體萃取裝置
US11761888B2 (en) * 2020-01-09 2023-09-19 Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Commerce Infrared thermal desorber and performing infrared thermal desorption
CN112452369B (zh) * 2020-11-24 2022-03-01 东南大学 一种磁控的热可塑形状记忆聚合物包裹式加热平台及方法

Family Cites Families (91)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US378459A (en) * 1888-02-28 Preserving posts
US3555284A (en) * 1968-12-18 1971-01-12 Norman G Anderson Multistation, single channel analytical photometer and method of use
US3595386A (en) * 1969-01-27 1971-07-27 Joseph R Hradel Process for beneficiation of nonmagnetic material
US3798459A (en) * 1972-10-06 1974-03-19 Atomic Energy Commission Compact dynamic multistation photometer utilizing disposable cuvette rotor
US3795451A (en) * 1973-04-24 1974-03-05 Atomic Energy Commission Rotor for fast analyzer of rotary cuvette type
US3873217A (en) * 1973-07-24 1975-03-25 Atomic Energy Commission Simplified rotor for fast analyzer of rotary cuvette type
US4030834A (en) * 1976-04-08 1977-06-21 The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration Dynamic multistation photometer
IT1097442B (it) * 1977-08-18 1985-08-31 Guigan Jean Dispositivo di condizionamento di un campione di liquido in preparazione della sua analisi
US4396579A (en) * 1981-08-06 1983-08-02 Miles Laboratories, Inc. Luminescence detection device
US5496520A (en) * 1982-01-08 1996-03-05 Kelton; Arden A. Rotary fluid manipulator
US4632908A (en) * 1984-05-03 1986-12-30 Abbott Laboratories Heating system for rotating members
US5214119A (en) * 1986-06-20 1993-05-25 Minnesota Mining And Manufacturing Company Block copolymer, method of making the same, dimaine precursors of the same, method of making such diamines and end products comprising the block copolymer
US5173262A (en) * 1987-07-17 1992-12-22 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Rotor assembly and method for automatically processing liquids
US4906432B1 (en) * 1987-07-17 1991-06-25 Liquid handling
JP2502132B2 (ja) * 1988-09-30 1996-05-29 三菱重工業株式会社 形状記憶ポリウレタンエラストマ―成形体
JPH0739506B2 (ja) * 1988-09-30 1995-05-01 三菱重工業株式会社 形状記憶ポリマー発泡体
US5536475A (en) * 1988-10-11 1996-07-16 Baxter International Inc. Apparatus for magnetic cell separation
JPH066342B2 (ja) * 1988-10-14 1994-01-26 三菱重工業株式会社 形状記憶性フィルム及びその使用法
US5135786A (en) * 1988-10-14 1992-08-04 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Shape memory Transparent body and method of using the same
JPH0723572B2 (ja) * 1988-10-17 1995-03-15 三菱重工業株式会社 形状記憶性ポリマーによる織布
CA2011740A1 (en) * 1989-04-07 1990-10-07 Glen Connell Microwave heatable materials
AU656556B2 (en) * 1991-03-13 1995-02-09 Minnesota Mining And Manufacturing Company Radio frequency induction heatable compositions
US5278377A (en) * 1991-11-27 1994-01-11 Minnesota Mining And Manufacturing Company Electromagnetic radiation susceptor material employing ferromagnetic amorphous alloy particles
FI915731A0 (fi) * 1991-12-05 1991-12-05 Derek Henry Potter Foerfarande och anordning foer reglering av temperaturen i ett flertal prov.
WO1993019827A1 (en) * 1992-04-02 1993-10-14 Abaxis, Inc. Analytical rotor with dye mixing chamber
US5637469A (en) * 1992-05-01 1997-06-10 Trustees Of The University Of Pennsylvania Methods and apparatus for the detection of an analyte utilizing mesoscale flow systems
DE4227830C1 (de) * 1992-08-21 1994-03-31 Tulaszewski Olaf Verfahren und Einrichtung zum Desinfizieren eines Knochentransplantats, insbesondere eines humanen Spongiosa-Transplantats
WO1994011489A1 (en) * 1992-11-06 1994-05-26 Biolog, Inc. Testing device for liquid and liquid suspended samples
EP0612848A3 (en) * 1993-02-24 1995-05-24 Sandoz Ltd Hyper-sensitivity related gene.
CA2119286A1 (en) * 1993-04-15 1994-10-16 Hubert S. Smith, Iii Internally lubricated elastomers for use in biomedical applications
US5720823A (en) * 1993-07-09 1998-02-24 Henkel Corporation Composition and process for desmutting and deoxidizing without smutting
DE69429038T2 (de) * 1993-07-28 2002-03-21 Pe Corp Ny Norwalk Vorrichtung und Verfahren zur Nukleinsäurevervielfältigung
US5882774A (en) * 1993-12-21 1999-03-16 Minnesota Mining And Manufacturing Company Optical film
US6101032A (en) * 1994-04-06 2000-08-08 3M Innovative Properties Company Light fixture having a multilayer polymeric film
US5700695A (en) * 1994-06-30 1997-12-23 Zia Yassinzadeh Sample collection and manipulation method
US5639428A (en) * 1994-07-19 1997-06-17 Becton Dickinson And Company Method and apparatus for fully automated nucleic acid amplification, nucleic acid assay and immunoassay
US5571410A (en) * 1994-10-19 1996-11-05 Hewlett Packard Company Fully integrated miniaturized planar liquid sample handling and analysis device
US5585069A (en) * 1994-11-10 1996-12-17 David Sarnoff Research Center, Inc. Partitioned microelectronic and fluidic device array for clinical diagnostics and chemical synthesis
MX9707239A (es) * 1995-03-29 1997-11-29 Minnesota Mining & Mfg Compuesto que absorbe energia electromagnetica.
US5604130A (en) * 1995-05-31 1997-02-18 Chiron Corporation Releasable multiwell plate cover
EP2275821A1 (en) * 1995-07-31 2011-01-19 Precision System Science Co., Ltd Container
US20010055812A1 (en) * 1995-12-05 2001-12-27 Alec Mian Devices and method for using centripetal acceleration to drive fluid movement in a microfluidics system with on-board informatics
US6709869B2 (en) * 1995-12-18 2004-03-23 Tecan Trading Ag Devices and methods for using centripetal acceleration to drive fluid movement in a microfluidics system
US5721123A (en) * 1996-01-05 1998-02-24 Microfab Technology, Inc. Methods and apparatus for direct heating of biological material
US5863502A (en) * 1996-01-24 1999-01-26 Sarnoff Corporation Parallel reaction cassette and associated devices
FR2744803B1 (fr) * 1996-02-12 1998-03-13 Bio Merieux Procede et dispositif de traitement d'une carte d'analyse
US6143248A (en) * 1996-08-12 2000-11-07 Gamera Bioscience Corp. Capillary microvalve
SK118099A3 (en) * 1997-02-28 2000-05-16 Burstein Lab Inc Laboratory in a disk
JP3469585B2 (ja) 1997-05-23 2003-11-25 ガメラ バイオサイエンス コーポレイション ミクロ流体工学システムでの流動運動を駆動するために向心的加速を使用するための装置および方法
US5822903A (en) * 1997-08-08 1998-10-20 Craig T. Luttes Externally adjustable slide trigger assemblies for handguns
US6558947B1 (en) * 1997-09-26 2003-05-06 Applied Chemical & Engineering Systems, Inc. Thermal cycler
US6013513A (en) * 1997-10-30 2000-01-11 Motorola, Inc. Molecular detection apparatus
US6007914A (en) * 1997-12-01 1999-12-28 3M Innovative Properties Company Fibers of polydiorganosiloxane polyurea copolymers
US5948227A (en) * 1997-12-17 1999-09-07 Caliper Technologies Corp. Methods and systems for performing electrophoretic molecular separations
US6093370A (en) * 1998-06-11 2000-07-25 Hitachi, Ltd. Polynucleotide separation method and apparatus therefor
JP3403090B2 (ja) * 1998-09-18 2003-05-06 キヤノン株式会社 多孔質構造の金属酸化物、電極構造体、二次電池及びこれらの製造方法
US6572830B1 (en) * 1998-10-09 2003-06-03 Motorola, Inc. Integrated multilayered microfludic devices and methods for making the same
GB9903474D0 (en) * 1999-02-17 1999-04-07 Univ Newcastle Process for the conversion of a fluid phase substrate by dynamic heterogenous contact with an agent
US20040053290A1 (en) * 2000-01-11 2004-03-18 Terbrueggen Robert Henry Devices and methods for biochip multiplexing
JP2004529312A (ja) * 1999-06-18 2004-09-24 ガメラ バイオサイエンス コーポレイション 小型化均一アッセイ用のデバイスおよび方法
JP3990910B2 (ja) * 1999-07-16 2007-10-17 アプレラ コーポレイション 高密度電気泳動デバイスおよび方法
US6414136B1 (en) * 1999-10-06 2002-07-02 Prolinx, Inc. Removal of dye-labeled dideoxy terminators from DNA sequencing reactions
JP2003533681A (ja) * 2000-05-15 2003-11-11 テカン・トレーディング・アクチェンゲゼルシャフト ミクロ流体装置および細胞ベースの分析を実行する方法
US6734401B2 (en) * 2000-06-28 2004-05-11 3M Innovative Properties Company Enhanced sample processing devices, systems and methods
US6627159B1 (en) * 2000-06-28 2003-09-30 3M Innovative Properties Company Centrifugal filling of sample processing devices
US6720187B2 (en) * 2000-06-28 2004-04-13 3M Innovative Properties Company Multi-format sample processing devices
US6648853B1 (en) * 2000-10-31 2003-11-18 Agilent Technologies Inc. Septum
US6467275B1 (en) * 2000-12-07 2002-10-22 International Business Machines Corporation Cold point design for efficient thermoelectric coolers
US6617136B2 (en) * 2001-04-24 2003-09-09 3M Innovative Properties Company Biological sample processing methods and compositions that include surfactants
WO2004058405A1 (en) * 2001-05-02 2004-07-15 3M Innovative Properties Company Sample processing device with resealable process chamber
US6565808B2 (en) * 2001-05-18 2003-05-20 Acon Laboratories Line test device and methods of use
TWI263761B (en) * 2001-07-24 2006-10-11 Magtec Llc Magnetic heater apparatus and method
US7192560B2 (en) * 2001-12-20 2007-03-20 3M Innovative Properties Company Methods and devices for removal of organic molecules from biological mixtures using anion exchange
US20050277195A1 (en) * 2002-04-30 2005-12-15 Gyros Ab Integrated microfluidic device (ea)
US6833536B2 (en) * 2002-05-22 2004-12-21 Applera Corporation Non-contact radiant heating and temperature sensing device for a chemical reaction chamber
US6679279B1 (en) * 2002-07-10 2004-01-20 Motorola, Inc. Fluidic valve having a bi-phase valve element
US7041258B2 (en) * 2002-07-26 2006-05-09 Applera Corporation Micro-channel design features that facilitate centripetal fluid transfer
US6817373B2 (en) * 2002-07-26 2004-11-16 Applera Corporation One-directional microball valve for a microfluidic device
US7152616B2 (en) * 2002-12-04 2006-12-26 Spinx, Inc. Devices and methods for programmable microscale manipulation of fluids
US7238269B2 (en) * 2003-07-01 2007-07-03 3M Innovative Properties Company Sample processing device with unvented channel
US7347617B2 (en) * 2003-08-19 2008-03-25 Siemens Healthcare Diagnostics Inc. Mixing in microfluidic devices
EP1673167A2 (en) * 2003-09-15 2006-06-28 Tecan Trading AG Microfluidics devices and methods for performing cell based assays
US7837947B2 (en) * 2003-12-12 2010-11-23 3M Innovative Properties Company Sample mixing on a microfluidic device
US20050130177A1 (en) * 2003-12-12 2005-06-16 3M Innovative Properties Company Variable valve apparatus and methods
US7322254B2 (en) * 2003-12-12 2008-01-29 3M Innovative Properties Company Variable valve apparatus and methods
US7939249B2 (en) * 2003-12-24 2011-05-10 3M Innovative Properties Company Methods for nucleic acid isolation and kits using a microfluidic device and concentration step
JP4527431B2 (ja) * 2004-04-08 2010-08-18 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
US20060040273A1 (en) * 2004-08-17 2006-02-23 Alison Chaiken Method and apparatus for magnetic sensing and control of reagents
US7754474B2 (en) * 2005-07-05 2010-07-13 3M Innovative Properties Company Sample processing device compression systems and methods
US7763210B2 (en) * 2005-07-05 2010-07-27 3M Innovative Properties Company Compliant microfluidic sample processing disks
US7323660B2 (en) * 2005-07-05 2008-01-29 3M Innovative Properties Company Modular sample processing apparatus kits and modules

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140019429A (ko) * 2011-05-18 2014-02-14 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 샘플 처리 장치 상의 밸빙을 위한 시스템 및 방법
KR20150117909A (ko) 2014-04-11 2015-10-21 한국과학기술원 집적형 회전 ｐｃｒ 방법 및 이를 위한 집적형 회전 ｐｃｒ용 마이크로칩

Also Published As

Publication number Publication date
CN101568384A (zh) 2009-10-28
EP2107944A1 (en) 2009-10-14
AU2007336771A1 (en) 2008-07-03
CA2673056A1 (en) 2008-07-03
TW200844420A (en) 2008-11-16
WO2008080046A1 (en) 2008-07-03
US20080152546A1 (en) 2008-06-26
EP2107944B1 (en) 2013-03-27
CN101568384B (zh) 2013-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20090105934A (ko) 향상된 샘플 처리 장치, 시스템 및 방법
US8003926B2 (en) Enhanced sample processing devices, systems and methods
EP2295141B1 (en) Enhanced sample processing methods
JP4205434B2 (ja) マルチフォーマットサンプル処理装置およびサンプル処理装置を使用する方法
AU2001270248A1 (en) Sample processing devices, systems and methods
KR101596189B1 (ko) 미세유체 시스템을 위한 열 전달 방법 및 구조체
JP4773035B2 (ja) 強化サンプル処理装置、システムおよび方法
CA2680676A1 (en) Enhanced sample processing devices, systems and methods

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid