KR20120013316A - 분석물의 생물검정을 위한 일회용 마이크로유체 시험 카트리지 - Google Patents

분석물의 생물검정을 위한 일회용 마이크로유체 시험 카트리지 Download PDF

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KR20120013316A
KR20120013316A KR1020117023604A KR20117023604A KR20120013316A KR 20120013316 A KR20120013316 A KR 20120013316A KR 1020117023604 A KR1020117023604 A KR 1020117023604A KR 20117023604 A KR20117023604 A KR 20117023604A KR 20120013316 A KR20120013316 A KR 20120013316A
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인그마 도른
안드레아스 셰이드
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바이엘 테크놀로지 서비시즈 게엠베하
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Abstract

본 발명은 검출 챔버의 하부 또는 상부가 신호 변환기 또는 신호 검출창을 포함하고, 채널이 모세관력에 의해 유체를 시약 챔버 안으로 또는 개구로 끌어올릴 수 없도록 설계되고, 시약이 시약 챔버에 수용되고, 임의로, 추가의 반응물이 건조 형태로 검출 챔버에 수용되는 것을 특징으로 하는, 분석물 함유 시험 유체를 도입하기 위한 하나 이상의 유입구, 분석물과 반응하기 위한 또는 시료 유체와 혼합하기 위한 하나 이상의 시약이 수용된 하나 이상의 시약 챔버, 및 분석물을 제공하기 위한 또는 분석물의 정량 분석을 위한 신호가 검출되는 하나 이상의 검출 챔버를 포함하는, 채널에 의해 서로 연결된 캐비티가 안에 도입된 구조화된 몸체를 포함하는 분석물의 정성 및/또는 정량 분석을 위한 일회용 시험 카트리지에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 본 발명에 따르는 시험 카트리지, 시험 카트리지를 위치시키기 위한 하나 이상의 커플링 지점, 시험 유체를 시험 카트리지에 전달하기 위한 하나 이상의 수단, 및 하나 이상의 온도 제어 유닛을 포함하는 바이오센서 및/또는 화학센서에 의해 분석물을 생물검정하기 위한 장치, 및 상기 장치 작동 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르는 시험 카트리지, 장치 및 방법은 분석물을 정성적 및/또는 정량적으로 결정하기 위해 환경 분석, 식품 산업, 인체 진단, 수의 진단, 및 식물 보호 분야에 이용될 수 있다.

Description

분석물의 생물검정을 위한 일회용 마이크로유체 시험 카트리지{SINGLE-USE MICROFLUIDIC TEST CARTRIDGE FOR THE BIOASSAY OF ANALYTES}
본 발명은 바이오센서 및/또는 화학센서에 의해 분석물을 생물검정하기 위한 마이크로유체 기술 기반 일회용 시험 카세트, 본 발명에 따르는 시험 카세트를 포함하는 바이오센서 및/또는 화학 센서에 의한 분석물의 생물검정 장치, 상기 시험 카세트 작동 방법, 및 환경 분석, 식품 분야, 인체 진단, 수의 진단, 및 농작물 보호에서의 그의 용도에 관한 것이다.
바이오센서 또는 화학센서는 신호 변환기 및 인지 반응을 이용해서 분석물을 정성적으로 또는 정량적으로 검출할 수 있는 기구이다. 일반적으로, 인지 반응은 분석물과 인지 요소의 특이적 결합 또는 반응이다.
인지 반응의 예는 리간드와 착물의 결합, 이온의 착화, 리간드와 (생물학적) 수용체, 막 수용체 또는 이온 채널의 결합, 항원 또는 햅텐과 항체의 결합, 기질과 효소의 결합, DNA 또는 RNA와 특정 단백질의 결합, DNA/RNA/PNA의 혼성화 또는 효소에 의한 기질 가공이다.
분석물은 이온, 단백질, 천연 또는 합성 항원 또는 햅텐, 호르몬, 시토카인, 모노사카라이드 및 올리고사카라이드, 대사 산물 또는 진단에 이용되는 다른 생화학적 표지자, 효소 기질, DNA, RNA, PNA, 잠재적 활성 화합물, 약물, 세포, 바이러스일 수 있다.
인지 요소의 예는 천연 또는 합성 수용체, 예컨대, 예를 들어 금속/금속 이온의 착화제, 시클로덱스트린, 크라운 에테르, 항체, 항체 단편, 안티칼린, 효소, DNA, RNA, PNA, DNA/RNA 결합 단백질, 막 수용체, 이온 채널, 세포 부착 단백질 또는 그밖에, 갱글리오시드, 효소, 모노사카라이드 또는 올리고사카라이드 및 햅타머이다.
이들 바이오센서 또는 화학센서는 분석물을 정성적으로 및/또는 정량적으로 결정하기 위해 환경 분석, 식품 분야, 인체 진단, 수의 진단, 및 농작물 보호에 이용될 수 있다. 또한, 인지 반응의 특이성은 사전에 정제하지 않거나 또는 사전에 극히 미미하게 정제한 복잡한 시료, 예컨대, 예를 들어 주변 공기, 오염된 물 또는 체액에서 분석물의 정성적 또는 정량적 결정을 가능하게 한다. 추가로, 또한, 바이오센서 또는 화학센서는 상이한 두 물질 사이의 상호작용(예를 들어, 단백질, DNA, RNA 또는 생물학적 활성 물질과 단백질, DNA, RNA 등의 상호작용)을 연구하기 위해 활성 화합물의 (생)화학적 연구 및 선별에 이용될 수 있다.
새로운 부류의 전기 바이오센서는 금속 입자, 예를 들어 나노입자에 의해 표지되는 분석물의 검출에 기반을 둔다. 검출을 위해, 이들 입자는 그들이 미세구조화된 회로를 단락시키는 정도까지 조직화학법적 침착(autometallographic deposition)에 의해 확대된다. 이것은 간단한 직류 저항 측정(미국 특허 제4,794,089호, 미국 특허 제5,137,827호, 미국 특허 제5,284,748호)에 의해 입증된다. 최근, 직류 저항 측정에 의한 핵산 검출이 입증되었다 (문헌 [
Figure pct00001
]).
전계 효과 트랜지스터가 예를 들어 효소 반응의 경우에 전자적 변환기로 이용될 수 있다(Zayats 등, Biosens. & Bioelectron. 15,671(2000)).
기술된 기계적 변환기는 질량 추가에 의해 공명 주파수 변화가 달성되는 진동 결정이다(Steinem et al. Biosens. & Bioelectronics 12, 787(1997)). 다른 기계적 변환기에서는, 표적 흡착에 의해 변조되는 표면파를 인터디지털(interdigital) 구조를 이용해서 활성화한다(Howe et al., Biosens. & Bioelectron. 15,641(2000)).
표적 분자가 자기 비드로 표지되는 경우, 상응하는 레지스터의 거대 자기 저항(GMR)에 대한 비드의 자기 영향에 의해 인지 반응이 검출될 수 있다(Baselt et al. Biosens. and Bioelectron. 13, 731(1998)).
인지 반응과 신호 변환기를 통합하여 바이오센서 또는 화학센서를 제공하는 것은 신호 변환기의 표면에 인지 요소 또는 분석물을 고정함으로써 달성할 수 있다. 인지 반응, 즉, 분석물과 인지 요소의 결합 또는 분석물과 인지 요소의 반응의 결과로, 신호 변환기 표면 상에 바로 있는 매질의 광학 성질이 변하고(예를 들어, 광학 굴절률, 흡광도, 형광, 인광, 발광 등이 변하고), 이것은 신호 변환기에 의해 측정 신호로 해석된다.
광학 (평면) 도파로는 도파층, 대표적으로 유전체와 인접하는 매질의 광학 성질의 변화를 검출할 수 있는 신호 변환기의 한 부류이다. 빛이 도파층에서 도파 모드로 운반되면, 빛의 장(light field)이 매질/도파로 계면에서 갑자기 쇠퇴하지 않고, 도파로에 인접하는 검출 매질에서 지수형으로 감쇠한다. 이러한 지수형으로 감쇠하는 빛의 장을 소산장이라고 부른다. 인접하는 매질의 굴절률과 극히 상이한 굴절률을 가지는 매우 얇은 도파로를 이용하는 경우, <200 ㎚의 소산장(강도가 1/e의 값으로 강하됨) 감쇠 길이가 달성된다. 도파로에 인접하는 매질의 광학 성질이 소산장에서 예를 들어 광학 굴절률 변화에 의해(미국 특허 제4,815,843호, 미국 특허 제5,442,169호) 또는 발광 변화에 의해(미국 특허 제5,959,292호, EP 0,759,159, WO 95/35940) 변하는 경우, 이것은 적당한 측정 레이아웃에 의해 검출할 수 있다. 매질의 광학 성질 변화가 도파로 표면 아주 가까이에서만 검출된다는 것은 바이오센서 또는 화학센서에서 신호 변환기로서 도파로를 이용함에 있어서 중요하다. 특히, 인지 요소 또는 분석물이 도파로 계면에 고정되면, 인지 요소와의 결합 또는 인지 요소와의 반응은 검출 매질(액체, 고체, 기체)의 광학 성질이 도파로와의 계면에서 변할 때 표면 감응성 방식으로 검출될 수 있다.
화학센서 및 바이오센서의 작동을 간단하게 하기 위해, 몇 년간, 이러한 기구의 크기를 감소시키고 가능하면 시료의 정성적 및/또는 정량적 결정에 요구되는 모든 시약이 시험 카세트에 바로 사용할 수 있는 상태로 제공되게 하려는 시도를 이미 해왔다. 보다 특히, 마이크로유체 기술이 이용되고, 그 목적은 실시간 재현가능 결과를 전달할 수 있는 비용효과적이고 저장할 수 있고 작동이 간단한 일회용 카세트를 제공하는 것이다.
마이크로유체 시스템에 관한 공지된 도전 과제는 다음과 같다:
- 층류를 정밀하게 제어하는 것이 가능하지 않기 때문에, 검출을 위한 검출 시약과 분석물의 혼합이 준최적이고,
- 시험 카세트 제조 및 저장 동안 제어하기 어려운 변하는 표면 성질, 예를 들어 표면 전하, 오염물, 소수성, 습윤성 등에 의해 층류가 영향을 받고,
- 유체 운반 동안에 기포가 형성될 수 있고,
- 흐름 및 보다 특히, 그의 부피 및 속도를 정밀하게 제어하는 것이 가능하지 않고,
- 횡방향 흐름에서 개개의 반응 단계의 정밀한 시간 제어가 가능하지 않다.
예를 들어, DE 102005011530은 매우 적은 양의 분석물의 실시간 정량적 결정을 위한 마이크로유체 장치를 기술한다. 실시간 분석은 시료가 검출 유닛에 흘러들어감으로써 달성된다. 검출 유닛은 분석물, 예를 들어 항체를 포획하기 위한 분석물 포획 유닛이 흐름 채널을 따라서 다수의 분석물 검출 유닛에 고정된 흐름 채널로 이루어진다. 분석물은 예를 들어 광학 신호에 의해 정량적으로 결정된다. 분석물 시료는 예를 들어 마이크로펌프를 이용해서 흐름 채널 안에 운반된다. 상기 장치의 목적은 분석물 포획 유닛에 의해 흐름 방향에서 포획되는 분석물의 수를 최적화하는 것이다. 검출 감도를 감소시키지 않으면서 넓은 영역(흐름 채널의 길이)에 걸쳐서 분석물이 정량적으로 결정된다. 이 장치는 소형화되어 축적되고 통합된 다수의 반도체 기술 기반 미시적 구성성분 또는 미시적 정밀 장치 - 마이크로펌프, 마이크로밸브, 센서 등으로 이루어진다. 그러나, 이 장치의 제조 및 작동은 일회용 시험 검정으로서의 가능한 용도에 이용하기에는 너무 복잡하고 너무 값비싸다.
WO2005/070533은 채널 시스템에 연결된 챔버 시스템을 임의로 유입구 및 유출구를 가지는 통합된 필터 유닛과 함께 가지고 적어도 한 면이 실링층에 의해 실링된 구조화된 몸체를 포함하는, 시료 유체에서 분석물의 농도를 결정하는 마이크로유체 장치를 기술한다. 이 장치는 챔버의 덮개에 또는 코팅된 입자에 고정된, 시료 유체의 하나 이상의 성분에 결합하는 시약을 함유하는 반응 챔버를 가진다. 유입구를 통해 시료 챔버에 시료 유체가 충전되고, 유입구는 덮개로 폐쇄된다. 시료 유체는 펌프에 의해 채널 시스템을 통해서 시료 챔버로부터 반응 챔버로 운반된다. 이 장치는 표지 유체 및 세척 유체를 함유하는 추가의 채널 시스템, 및 폐유체를 배출하기 위한 배출 채널 시스템을 가진다. 복잡한 채널 시스템의 다양한 부분은 필요시 약간의 압력으로 파괴될 수 있는 연질 실링재에 의해 실링될 수 있다. 장치에서 흐름 방향은 밸브 및 브러쉬형 또는 밸브형 유체 다이오드에 의해 보장된다. 반응 챔버가 결합 시약과 반응한 후, 표지 유체가 반응 챔버에 첨가되고, 시료 유체의 고정되지 않은 부분이 세척 유체에 의해 세척 제거된다. 반응은 반응 챔버에서 광학 또는 자기 신호를 측정함으로써 검출된다. 광학 신호는 반응 챔버의 덮개를 통해 측정된다. 상기 실링층은 반응 챔버의 덮개를 형성하고 적당하게는 투명하다. 이 장치는 부피 및 반응 시간의 정밀 제어를 가능하게 한다. 그러나, 이 장치의 디자인은 측정을 개시할 수 있기 전에 반응 챔버에 몇 가지 조치를 요구하고, 따라서 정교하다. 사용된 유체 요소 때문에, 장치가 매우 복잡해지고, 이것은 고장 발생 경향 및 높은 제조 비용으로 반영된다. 또한, 유체 요소의 사용은 장치의 저장성을 감소시킨다.
카세트의 저장성 및 운반성과 관련해서, 특히, 종래 기술에서는 건식 검정 기술이 이용되고, 이 기술에서는 모든 시약이 건조 상태로 카세트에서 필요하면 개별 챔버에서 이용된다. 보통, 시료 유체는 마이크로유체 채널에 의해 한 챔버에서 그 다음 챔버로 옮겨진다.
WO 2005/088300은 하부 몸체 부분 및 상부 몸체 부분으로 이루어진 통합된 혈액 분석용 마이크로유체 시험 카세트를 기술한다. 두 요소는 두 부분을 접합함으로써 폐쇄되는 챔버 및 채널로 구조화된다. 시험 카세트는 시료를 준비하기 위한 하나 이상의 예비처리 요소(예비처리 챔버 또는 채널), 시료의 하나 이상의 분석물을 인지하기 위한 하나 이상의 다층 건식 검정 요소(검출 챔버), 및 예비처리 요소와 다층 건식 검정 요소를 연결하는 하나 이상의 채널(평균 ＜〓 3 ㎜)을 가진다. 예비처리 요소는 특히 필터 요소, 또는 채널 형태 또는 (마이크로/나노)쿠션 형태의 다공성 성질을 가지는 요소이고, 필요하면 건조한 시약을 보유한다. 시료는 먼저 예비처리 요소를 통해서 유도된 후, 다층 건식 검정 요소 내로 유도된다. 다층 건식 검정 인지 요소는 정성 및 정량 검정을 위해 인지 요소를 안정한 건조 형태로 보유하는 하나 이상의 기능성 층을 가진다. 이 시약층은 여기성 인지 요소가 친수성 중합체 결합 물질(젤라틴, 아가로스 등)에 꽤 규칙적으로 분포된 물 흡수 층으로 이루어진다. 검출은 인지 반응으로부터의 광학적 여기성 유체가 확산되어 있는 다층 건식 검정 요소의 검출층을 조명함으로써 빛에 대해 투명한 창을 통해 반사 광도 측정에 의해 달성된다. 시료를 운반하기 위해, 예를 들어, 모세관력 또는 압력이 이용된다. 이 장치의 불리한 점은 다층 건식 검정 요소의 디자인이 정교하다는 것이다. 부피, 혼합 및 배양 시간의 정밀 제어가 가능하지 않고, 따라서, 시험 결과가 정량적으로 재현될 수 없다.
WO 2005/088300 및 WO 2005/070533에서는 반응 챔버를 조명하는 광원, 반응 챔버로부터 신호를 집속하기 위한 필터, 및 검출 유닛을 가지는 카세트 작동 장치에 카세트가 삽입된다.
횡방향 흐름 검정(LFA)은 생화학적 분석을 위해 이미 다년간 알려졌다. 횡방향 흐름 검정(LFA)은 항체-항원 반응의 효과를 이용한다. 추가로, 분석할 시료(용액)는 모세관력에 의해 센서 표면 위로 끌어올린다. LFA에 의해 분석물을 검출하기 위해, 예를 들어, 분석할 시료를 모세관력의 결과로 전체 니트로셀룰로오스 스트립을 통해 끌어올려 니트로셀룰로오스 스트립에서 직접 경쟁 면역 검정을 수행하는 것이 가능하다. 항-분석물 항체가 고정된 대역이 스트립 시험을 위한 검출 대역으로 쓰인다. 진균독소(예: 데옥시니발레놀)를 검출하기 위한 LFA 검정의 한 예는 네오젠(Neogen)(미국 미시간주 랜싱)으로부터의 리빌 어세이(Reveal Assay)(시험 카세트)이고, 어큐스캔(AccuScan) 판독기를 동반한다. 시험 카세트가 판독기에 삽입되고, 장치가 스트립 시험의 결과 영역의 사진을 찍는다. 판독기가 결과 사진을 해석하여, 선이 인지되면, 점수를 매긴다. 장치는 해석의 주관성을 없애고, 시험 결과의 객관적이고 추적가능한 문서화를 제공한다. 기술된 시험은 간단하고, 상대적으로 빠르게 수행할 수 있고, 정교한 판독기가 필요 없다. 불리한 점은 이 방법이 정성적 진균독소 검출만을 허용한다는 것이다.
종래 기술로부터, 분석물을 정성적으로 및/또는 정량적으로 결정하기 위해 생물 분석, 환경 분석, 농업 진단, 식품 분야, 인체 진단, 수의 진단 및 농작물 보호를 위한 생화학적 시험 방법을 수행하기 위한 비용효과적이고 저장할 수 있고 작동이 간단한 기구가 필요하다. 본 발명의 추가의 목적은 간단한 취급으로 간단한 장치에 의해 재현가능한 정량적 실시간 결정을 가능하게 하는 것이다. 이 목적을 위해, 본 발명은 반응 조건, 보다 특히, 부피 및 시간의 제어, 뿐만 아니라 최상의 경우, 최적 혼합 및 작동 온도 제어를 가능하게 해야 한다.
이 목적은 시험 방법 수행에 요구되는 모든 시약을 건조 형태로 포함하는 분석물의 정성 및/또는 정량 분석을 위한 마이크로유체 시험 카세트에 의해 본 발명에 따라서 달성된다. 본 발명에 따르는 시험 카세트는 채널에 의해 서로 연결되는 캐비티가 안에 도입된 구조화된 몸체를 가진다. 본 발명에 따르면, 시험 카세트는 분석물 함유 시료 유체를 도입하기 위한 하나 이상의 유입구, 분석물과 반응하기 위한 또는 시료 유체와 혼합하기 위한 하나 이상의 시약이 저장된 하나 이상의 시약 챔버, 및 분석물의 검출 또는 정량 분석을 위한 신호가 검출되는 하나 이상의 검출 챔버를 가지고, 다음을 특징으로 한다:
- 검출 챔버의 바닥 또는 천장이 신호 변환기 또는 신호 검출창이고,
- 채널이 모세관력에 의해 시료 유체가 챔버 안으로 또는 개구로 끌어 올려지지 않도록 구성되고,
- 시약 챔버의 시약 및 임의로, 검출 챔버의 추가의 시약이 건조 형태로 저장된다.
본 발명의 정황에서, 정밀하게 정해진 부피의 시료 유체가 채널 내에 및 챔버 내에 운반되고, 이것은 채널의 구성 및 시료 유체를 운반하기 위한 적당한 기구의 이용에 의해 가능하다. 마찬가지로, 반응 시간이 정밀하게 제어될 수 있고, 이것은 분석의 더 나은 재현성에 기여한다. 챔버 및 채널의 적당한 디자인은 감소된 공극 부피를 가지는 최적 흐름 프로필 및 어쩌면 존재할 수 있는 고정된 검출 시약과의 최적 접촉을 보장한다. 챔버에서 다양한 반응 단계, 예컨대, 예를 들어 시약의 재구성, 시약과 시료 유체의 혼합, 시약과 분석물의 반응이 수행된다. 본 발명에서, 검출 단계는 인지 반응 직후에 사전 세척 작업 없이 수행되고, 이것은 추가로 카세트의 디자인 및 그의 취급을 더 간단하게 한다.
몸체는 투명하거나 또는 광선을 차단하고, 다양한 중합체 물질, 예컨대, 예를 들어 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드, 폴리시클릭 올레핀, 폴리카르보네이트, 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리디메틸실록산(PDMS), 천연 고무 또는 그의 유도체, 폴리우레탄, 테플론 또는 유사체 또는 다양한 무기 물질, 예컨대, 예를 들어 유리, 석영, 규소로 이루어진다. 바람직하게는, POM 및 폴리아미드가 이용된다. 몸체는 공지 방법, 예컨대, 예를 들어 기계 가공(밀링 등), 사출 성형, 엠보싱 기술, 또는 유리/무기 물질의 경우, 포토리소그래피/에칭 또는 다른 공지 방법을 이용해서 제조된다.
시험 카세트가 여전히 낮은 총 부피를 가지고 취급이 간단하기만 하면, 시험 카세트는 어떠한 모양 및 크기도 가질 수 있다.
바람직하게는, 챔버 및 채널이 몸체 내에 함입되고, 실링 유닛에 의해 적어도 한 면이 유입구 및 보통은 임의적인 공기 구멍 및/또는 시료 챔버를 제외하고 실링된다.
시험 카세트 작동 동안에 시약 챔버 및 검출 챔버의 온도를 제어하는 것이 유리하다.
이 목적으로, 바람직하게는, 시험 카세트는 그것이 온도 제어가능 요소와의 접촉에 의해 온도가 제어될 수 있도록 제작된다.
바람직하게는, 시험 카세트의 디자인은 임의적인 시료 챔버, 시약 챔버 및 검출 챔버가 몸체의 하면을 향하도록 한다. 그러면, 바람직하게는 신호 변환기 또는 검출창이 검출 챔버의 바닥을 형성한다. 바람직하게는, 카세트의 이 면은 얇은 실링 유닛, 보다 특히, 실링 필름으로 실링된다. 실링 유닛은 광선을 차단할 수 있거나 또는 투명할 수 있다. 따라서, 카세트가 온도 제어가능 표면에 놓일 때, 온도가 제어되는 기저부와 챔버의 시료 용액 사이에 신속한 온도 평형이 일어날 수 있다.
본 발명에 따르는 시험 카세트의 바람직한 한 실시양태에서, 실링 유닛은 30 ㎛ 내지 1000 ㎛의 범위, 바람직하게는 50 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위의 두께를 가지는 실링 필름이다. 실링 필름이 몸체 위에서 팽팽하게 체결될 수 있고 구부러질 수 없을 때 유리하다. 예를 들어, 폴리올레핀 필름 또는 폴리(메틸 메타크릴레이트) (PMMA)로 제조된 필름이 실링 필름으로 이용될 수 있다.
본 발명의 한 특별한 실시양태에서, 실링 유닛은 시험 카세트의 상면 및 하면에 적용된다. 이것은 본 발명에 따르는 시험 카세트의 제조를 간단하게 한다. 상부 및 하부 실링 필름은 동일한 두께 또는 상이한 두께를 가질 수 있다.
실링 유닛은 종래 기술에서 관례적인 결합 기술, 예컨대, 예를 들어 필요하면 접착제를 이용하는 접착 결합 또는 용접을 이용해서 몸체에 체결될 수 있다.
본 발명의 정황에서, 정밀하게 정해진 부피의 액체가 특정 시간 동안 챔버에서 지체되고, 이 시간 후에 더 운반된다.
본 발명에 따르는 시험 카세트에 보통 1 내지 1000 ㎕, 바람직하게는 10 내지 500 ㎕, 특히 바람직하게는 10 내지 250 ㎕가 운반된다.
챔버는 어떠한 모양도 될 수 있다. 정사각형 검출 챔버 및/또는 원형 시약 챔버가 바람직하다.
챔버의 부피는 보통 1 내지 1000 ㎕의 범위, 바람직하게는 10 내지 500 ㎕의 범위이다.
시료 챔버는 대표적으로 직경이 바람직하게는 5 내지 15 ㎜, 선호하게는 8 내지 12 ㎜인 원형이다. 시약 챔버는 보통 직경이 바람직하게는 5 내지 15 ㎜, 선호하게는 5 내지 10 ㎜인 원형이다. 두 챔버는 1 내지 1000 ㎕의 범위의 유체 부피를 수용할 수 있다.
검출 챔버는 보통 바람직하게는 5 내지 15 ㎜의 폭 및 5 내지 15 ㎜의 길이, 특히 바람직하게는 10 ㎜ x 10 ㎜의 치수를 가지는 정사각형이고, 대표적으로, 1 내지 1000 ㎕의 범위의 유체 부피를 수용하고, 본 발명에 따르면, 검출 챔버는 유체로 완전히 충전되어야 한다.
시료 챔버, 시약 챔버 및 검출 챔버의 디자인은 감소된 공극 부피를 가지는 최적 흐름 프로필 및 어쩌면 존재할 수 있는 고정된 검출 시약과의 최적 접촉을 보장하여야 한다.
채널은 곧거나 또는 굽을 수 있고, 바람직하게는 각진 구부러진 부분을 가지면서 곧을 수 있다. 따라서, 상대적으로 긴 채널이 카세트의 제한된 영역에 도입될 수 있다. 채널 횡단면은 어떠한 모양도 가질 수 있고, 보통은 원형 또는 정사각형이고, 바람직하게는 원형이다. 채널의 횡단면 크기는 동일하거나 또는 상이할 수 있고, 보통 0.2 내지 3 ㎜의 범위, 바람직하게는 0.5 내지 1.5 ㎜의 범위의 직경의 횡단면을 가지는 동일한 크기의 채널이 바람직하다. 채널의 길이는 보통 5 ㎜ 내지 1000 ㎜의 범위, 바람직하게는 5 ㎜ 내지 500 ㎜의 범위이다.
본 발명에서, 유체는 시료 유체 운반 수단을 이용해서 운반되고, 운반은 시간 및 부피 면에서 정밀하게 정해진다. 바람직하게는, 미리 정해진 유체 부피를 한 챔버에서 그 다음 챔버로 밀어넣는다.
시료 유체 운반 수단은 본 발명에 따르는 시험 카세트 작동 장치의 일부이고, 이 장치도 마찬가지로 본 발명에 의해 제공된다. 보다 특히, 시료 유체 운반 수단은 시험 카세트를 상기 장치에 도입하기 위한 커플링 부위에 통합된다.
바람직하게는, 유체는 본 발명에 따르는 시험 카세트에서만 취급되고, 따라서, 상기 장치는 시료 유체 또는 시약과 접촉하지 않는다.
보통, 시간 및 부피 면에서 정밀하게 정해진 공기 폭풍(air blast)이 시료 유체 운반 수단에 의해 시험 카세트에 투여된다. 이 공기 폭풍에 의해, 시료 유체가 다양한 채널 및 캐비티를 통해 유도된다.
분석할 시료 유체가 유입구를 통해 시험 카세트에 바람직하게는 시료 챔버에 도입된다. 이어서, 시험 카세트는 보통 하나 이상의 덮개에 의해 공기가 새지 않게 실링된다. 덮개는 중합체 또는 무기 물질로 제조될 수 있고, 이것은 다양한 기술, 예컨대, 예를 들어 접착 결합, 용접, 적층 등에 의해 몸체에 공기가 새지 않게 결합된다.
시험 카세트의 한 특별한 실시양태에서, 시약 챔버의 시약은 시약이 안에 흡수된(위에 흡착된, 위에 고정된, 안에 분산된, 안에서 건조된) 시약 패드 형태로 섬유 또는 다공성 물질, 예를 들어 미세 입자 또는 직물에 저장된다.
시약 패드는 상징 용액의 요구되는 유체 부피 및 이 용액의 개개의 성분의 농도에 관해서 검출 챔버의 요건을 만족시키도록 선택된다.
바람직한 시약 패드는 유리 또는 중합체, 예컨대, 예를 들어 셀룰로오스로 이루어진다. 적당한 시약 패드는 횡방향 흐름 시험에도 이용되는 것이고, 상업적으로 다양한 모양으로 입수가능하다. 이 시약 챔버를 충전하기 위해, 예를 들어, 폴 코포레이션(Pall Corporation)으로부터의 특별히 두꺼운 유리 필터(공극 크기: 1 ㎛, 대표적인 두께: 1270 ㎛(50 mil), 대표적인 물 흐름 속도: 210 ㎖/분/㎠ (30 kPa))가 선택되고, 일치하는 직경을 갖는 2 개의 원형 필터 피스가 겹쳐 쌓인 것이다.
시약 챔버의 시약은 대표적으로 다음과 같다:
- 인지 반응에 이용되는 표지된 또는 표지되지 않은 인지 요소, 보다 특히, 천연 또는 합성 수용체, 예컨대, 예를 들어, 금속/금속 이온 착화제, 시클로덱스트린, 크라운 에테르, 항체, 항체 단편, 안티칼린, 효소, DNA, RNA, PNA, DNA/RNA 결합 단백질, 막 수용체, 이온 채널, 세포 접착 단백질 또는 그밖에 갱글리오시드, 효소, 모노사카라이드 또는 올리고사카라이드 및 햅타머, 및/또는
- 표지된 또는 표지되지 않은 분석물, 예컨대, 예를 들어, 이온, 단백질, 천연 또는 합성 항원 또는 햅텐, 호르몬, 시토카인, 모노사카라이드 및 올리고사카라이드, 대사 산물 또는 진단에 이용되는 다른 생화학적 표지자, 효소 기질, DNA, RNA, PNA, 잠재적 활성 화합물, 약물, 세포, 바이러스.
보다 특히, 표지된 항체가 인지 요소로 이용된다.
필요시에, 인지 요소와 분석물의 반응에 필요하거나 또는 유리한 보조 인자 또는 추가의 화학물질도 마찬가지로 시약 챔버에 저장된다.
임의로, 또한, 시약 챔버는 시약들 사이의 비특이적 상호작용을 억제하는 보조 물질, 함침 또는 시약 패드로부터의 시약 방출을 지지하는 보조 물질, 예컨대, 예를 들어 표면 활성 물질, 예컨대, 계면활성제, 지질, 생체 중합체, 폴리에틸렌 글리콜, 생체 분자, 단백질, 펩티드를 함유한다.
바람직하게는, 시약은 미리 정해진 농도로 적용되고, 카세트 작동 동안 시약 방출의 재현성이 보장된다.
보통, 시약 패드에는 10-3 M 내지 10-15 M의 범위의 농도, 바람직하게는 나노몰 농도의 시약 및 보통 15 중량% 내지 0.1 ppb의 양의 보조 물질을 함유하는 용액 약 50 내지 500 ㎕이 함침된다. 함침은 예를 들어 건조 또는 동결건조에 의해 달성된다.
시료 유체 운반 수단은 시료 유체를 이동시키고, 따라서, 시료 유체가 시약 챔버 안으로 흘러들어가서 시약 패드를 완전히 적신다.
분석물 함유 시료 유체가 시약 챔버에 도입된 결과로, 시약이 용해되어 분석물과 반응하거나 또는 바람직하게는 시료 유체와 혼합된다.
놀랍게도, 시약 패드를 정해진 시료 부피로 신속하게, 보통 1 ms 내지 10 s, 바람직하게는 약 500 ms 내지 5 s, 특히 바람직하게는 1 s 동안 적신 결과(정해진 공기 폭풍을 이용해서), 시약이 용해되어(재구성되어) 시료 유체와 최적 혼합될 뿐만 아니라, 시료 유체 중의 시약 농도가 매우 높은 재현성으로 설정된다는 것을 발견하였다. 이것은 시료 부피 중의 분석물의 정량적 결정을 수행할 수 있게 한다. 시약 패드가 적셔진 후, 예를 들어, 생화학 반응이 종결될 때까지 또는 일정한 반응 온도에 도달할 때까지 정해진 기간(예비배양 시간)이 경과하도록 둘 수 있다.
추가의 정해진 공기 폭풍을 이용해서, 용해된 시약을 가지는 시료 부피가 추가로 채널에 의해 검출 챔버로 운반된다.
바람직하게는, 시험 카세트의 시료 유체를 시약 챔버에 들어가기 전에 여과해서 세포, 혈액 구성성분 또는 다른 생물학적, 유기 또는 무기 입자를 제거한다. 이 목적으로, (마이크로)쿠션 또는 채널, 유리 필터 종이 또는 막 형태의 예를 들어 유리 섬유 또는 다공성 물질로 제조된 하나 이상의 필터 유닛이 시험 카세트에 함입될 수 있다. 바람직하게는, 필터 유닛은 시료 유체로부터 0.2 내지 100 ㎛의 범위의 입자, 선호하게는 0.5 내지 15 ㎛의 범위의 입자를 제거할 수 있다.
바람직하게는, 전체 채널 시스템의 통기는 통기 구멍(들)에 의해 일어난다.
본 발명의 바람직한 한 실시양태에서, 검출은 바닥으로서 검출 챔버에 함입된 신호 변환기(센서 플랫폼, 바이오칩)에 의해 달성된다. 이 경우, 검출 챔버를 제외한 카세트의 전체 하면에 실링 유닛이 적용된다.
신호 변환기의 표면에는, 보통, 시료에서 분석물을 검출하기 위한 하나 이상의 추가의 결합 파트너가 고정된 하나 이상의 개별 측정 영역이 정해진다. 검출 챔버에서, 바이오칩의 표면에서 고정된 결합 파트너와 분석물 사이에 생화학 반응이 일어난다. 표지된 반응 파트너가 검출 챔버에서 여기되고; 생성된 신호가 검출되어 분석물을 정량화하기 위해 이용된다.
검출을 위해, 다양한 바이오칩, 예컨대, 예를 들어, 표면 플라즈몬 공명, 평면 도파로, 석영 미량 천칭, 전기발광이 이용될 수 있고, 다양한 방법, 예를 들어, 바이오칩 표면과의 결합으로 인한 굴절률 변화 측정에 이용될 수 있다(예를 들어, WO 02/20873 및 EP1316594 참조).
검출 챔버의 반응은 예를 들어 다음과 같다:
Figure pct00002
(검출가능한) 분석물과 고정된 결합 파트너(인지 요소)의 직접 결합;
Figure pct00003
분석물과 고정된 결합 파트너(인지 요소)의 직접 결합 및 반응 용액으로부터의 광학적 또는 전기적으로 검출될 수 있는 제2 또는 다수 시약에 의한 분석물의 표지화(샌드위치 검정);
Figure pct00004
용액 중의 분석물과 경쟁하는 검출가능한 시약과 고정된 결합 파트너(인지 요소)의 결합(경쟁 검정).
본 발명에 따르는 시험 카세트의 특히 바람직한 실시양태에서, 사용된 바이오칩은 제1 광학적 투명 층 (a)보다 낮은 굴절률을 가지는 제2 광학적 투명 층(b) 상에 제1 광학적 투명 층 (a)을 가지는 평면 박막 도파로이고, 여기서, 제1 광학층 (a) 또는 제2 광학층 (b)의 하나 이상의 인커플링(incoupling) 요소가 여기광의 행로에 대해 수직으로 배향되어 도입되고, 박막 도파로에서 여기광이 하나 이상의 인커플링 요소에 의해 커플링-인(coupling in)되고, 임의로, 하나 이상의 아웃커플링(outcoupling) 요소에 의해 커플링-아웃(coupling out)된다.
바람직하게는, 본 발명은 인커플링 요소로서 동일한 주기 및/또는 변조 깊이의 격자 구조를 이용한다.
바람직하게는, 센서 플랫폼 표면에서, 별법으로, 물리적 흡수 또는 정전기적 상호작용에 의해 직접적으로 분석물을 검출하기 위한 하나 이상의 반응 파트너가 투명 광학 접착촉진 층에 의해 고정된다. 바람직하게는, 결합 파트너는 센서 플랫폼 표면에서 공간적으로 분리된 측정 영역에 선택적으로 적용되고, 비특이적 결합을 억제하기 위해 측정 영역들 사이의 영역은 부동화된다.
센서 플랫폼 표면에서 공간적으로 분리된 측정 영역에 선택적으로 결합 파트너를 적용하기 위해, 압력차 또는 전기 또는 전자기 퍼텐셜 영향 하에서 잉크젯 스포팅(spotting), 핀 또는 펜을 이용한 기계적 스포팅, 미세접촉 프린팅, 평행 또는 교차 미세채널에서의 전달에 의한 생물학적 또는 생화학적 또는 합성 인지 요소와 측정 영역의 유체 접촉으로 이루어진 군으로부터의 하나 이상의 방법을 이용할 수 있다.
센서 플랫폼 및 상응하는 검출 방법의 다양한 실시양태는 예를 들어 WO95/33197, WO95/33198, WO97/373211 또는 WO200113096에 기술되어 있다. 센서 플랫폼 및 상응하는 검출 방법의 다양한 실시양태는 본원에 참고로 통합된다.
시험 카세트의 한 특별한 실시양태에서, 시료 유체의 하나 이상의 분석물에 특이적으로 결합하는 검출가능한 인지 요소는 시약 챔버에 미리 정해진 농도로 제공된다. 분석물 함유 시료 유체를 시약 챔버에 도입한 결과, 인지 요소가 용해되어 분석물에 특이적으로 결합한다(분석물-인지 요소 접합체). 여기서, 인지 요소의 자유로운 결합 부위는 시료 유체 중의 증가하는 양의 분석물로 점증적으로 포화된다.
추가의 공기 폭풍의 결과로, 분석물-인지 요소 접합체 및 자유로운 결합 부위를 가지는 어떠한 인지 요소도 신호 변환기 상의 고정된 결합 파트너, 예를 들어 분석물-단백질 접합체, 보다 특히, 분석물-BSA 접합체에 도달한다. 자유로운 결합 부위를 가지는 인지 요소는 상응하는 고정된 분석물-단백질 접합체에 특이적으로 결합한다.
자유로운 결합 부위를 가지는 검출가능한 인지 요소가 용액에 더 많이 존재할수록, 즉, 시료 유체 중의 상응하는 분석물의 비율이 낮을수록, 더 많은 검출가능한 인지 요소가 칩에 결합된다. 시료 유체로부터의 분석물로 포화된 인지 요소가 용액에 남는다. 바이오칩에 전자기 방사선의 커플링의 결과로, 고정된 분석물-단백질 접합체에 결합된 표지된 인지 요소가 도파로의 소산장에서 여기될 수 있다. 용액에 존재하는 표지된 인지 요소는 이 과정에서 여기되지 않는다. 이 방법으로, 시료 유체에 존재하는 분석물의 간접 정량화가 가능하다.
진균독소 검출을 위한 검출가능한 인지 요소 및 고정된 결합 파트너의 조합은 WO2007/079893에 기술되어 있고, 그의 내용은 참고로 명세서에 도입한다.
본 발명에 따르는 시험 카세트의 추가의 한 실시양태에서, 검출 챔버의 바닥은 투명창이고, 이 창을 통해서 검출 챔버에서 진행하는 생화학 반응을 검출할 수 있다. 투명창은 실링 필름에 의해 형성될 수 있고, 이 경우, 투명창은 투명하여야 하고, 예를 들어 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA)로 이루어지거나, 또는 투명창은 독립 요소이어야 한다. 이 경우, 창은 바람직하게는 유리로 이루어지거나, 또는 사용되는 빛에 대해 투명한 플라스틱으로 이루어지고, 실링 유닛에 의해 검출 챔버를 제외하고 시험 카세트의 면에 체결된다.
이 실시양태에서, 시약은 바람직하게는 시약 챔버에만 저장되고, 시약 챔버에서 시료 유체와의 혼합이 일어난 후에 검출 챔버에 운반된다.
보통, 결정할 분석물의 농도에 의존해서, 용액 중의 시약이 전환되어서 광학적으로 검출될 수 있는 분광 성질, 예를 들어, 흡광도, 발광, 인광 등을 변화시킨다. 별법으로, 결정할 분석물의 농도에 의존해서, 용액 중의 검출 시약이 추가의 시약 또는 분석물 자체와 결합하고, 따라서, 검출 시약이 광학적으로 검출될 수 있는 그의 분광 성질, 예를 들어, 흡광도, 발광, 형광, 전기발광, 전기 커패시턴스 등을 변화시킨다.
추가의 한 실시양태에서는, 검출 챔버에 하나 이상의 신호 변환기가 있고, 신호 변환기를 통해 검출 챔버에서 진행하는 생화학 반응을 검출할 수 있다. 이 실시양태에서, 창은 투명할 수 있거나, 또는 광선을 차단할 수 있다. 이 경우, 마찬가지로, 시약은 바람직하게는 시약 챔버에만 저장되고, 시약 챔버에서 시료 유체와의 혼합이 일어난 후에 검출 챔버에 운반된다.
이 경우, 결정할 분석물의 농도에 의존해서, 용액 중의 시약이 전환됨으로써 시약이 신호 변환기에 의해 검출될 수 있는 그의 물질 성질, 예를 들어, 흡광도, 발광, 형광, 전기발광, 커패시턴스, 전도도, pH, 질량 등을 변화시킨다. 별법으로, 결정할 분석물의 농도에 의존해서, 용액 중의 검출 시약이 추가의 시약 또는 분석물 자체와 결합하고, 따라서 검출 시약이 신호 변환기에 의해 검출될 수 있는 그의 물질 성질, 예컨대, 예를 들어, 흡광도, 발광, 형광, 전기발광, 전기 커패시턴스, 전도도, pH, 질량 등을 변화시킨다.
검출 챔버의 바닥으로서 광학 신호를 검출하기 위한 투명창과 검출 챔버의 추가의 신호 변환기의 조합도 마찬가지로 본 발명의 정황에서 가능하다.
본 발명의 추가의 한 실시양태에서, 각 시험 카세트는 바코드를 가지고, 바코드는 바람직하게는 시험 카세트를 기술하는 다음 정보를 포함한다.
- 검정 유형
- 배치/로트 번호/제조일
- 만료일
- 측정 영역의 기하를 기술하는 스폿 어레이 기하 코딩.
본 발명의 바람직한 한 실시양태에서, 이 정보는 본 발명에 따르는 시험 카세트를 함유하는 바이오센서 및/또는 화학센서에 의해 분석물을 생물검정하기 위한 장치에 의해 판독되어 이용된다.
일부 응용의 경우, 시험 카세트가 서로 옆에 놓인 2 개 이상의 채널 및 챔버 시스템을 가지는 것이 유리할 수 있고, 따라서, 다양한 검출 반응을 하나의 시험 카세트에서 동시에 수행할 수 있다.
추가로, 본 발명은 본 발명에 따르는 시험 카세트, 본 발명에 따르는 시험 카세트를 위치시키는 하나 이상의 커플링 부위, 시험 카세트에 시료 유체를 운반하기 위한 하나 이상의 수단을 포함하는, 바이오센서 및/또는 화학센서에 의해 분석물을 생물검정하기 위한 장치를 제공한다. 최적의 재현가능한 결과를 보장하기 위해, 본 발명에 따르는 장치는 또한 시험 카세트에서 작동 온도를 제어하기 위한 하나 이상의 온도 제어 유닛을 가진다.
본 발명에 따르는 장치의 바람직한 한 실시양태에서, 온도 제어 유닛은 하나 이상의 평면 온도 제어가능 요소를 가지고, 이 온도 제어가능 요소 위에 본 발명에 따르는 시험 카세트의 얇은 면이 놓이고, 따라서, 온도 제어되는 지지체와 챔버의 시료 용액 사이에 신속한 온도 평형이 일어날 수 있다. 예를 들어, 지지체의 온도 제어를 위해 펠티에(Peltier) 또는 카트리지 요소가 이용될 수 있다.
이상적으로, 온도 제어 유닛은 컴퓨터로 제어되고, 온도는 시험 카세트 작동 동안 일정하게 유지된다. 바람직하게는, 시험 카세트는 20 내지 37 ℃, 바람직하게는 대략 25 ℃의 온도에서 작동된다.
온도 제어와 관련해서, 바람직하게는, 시험 카세트에서는 광학적 검출에 손상을 끼칠 수 있는 응결이 일어나지 않도록 주의한다. 시험 카세트의 온도, 실내 온도 및 특정 주변 공기 습도를 유의하여야 한다. (도 13: 이슬점 온도 도표). 바람직하게는, 본 발명에 따르는 장치는 15 내지 40 ℃의 온도 및 65%의 상대 공기 습도에서 작동된다.
보통, 커플링 부위는 시료 유체 운반 수단을 이용해서 반응을 개시하는 기계적 트리거(trigger), 즉, 제1 공기 폭풍, 및/또는 시험 카세트에서 온도 제어 유닛에 의한 온도 제어를 가진다.
본 발명의 한 특별한 실시양태에서, 본 발명에 따르는 장치는 또한 하나 이상의 여기광 광원, 보다 특히, 레이저를 포함하는 하나 이상의 광학 유닛, 및 본 발명에 따르는 시험 카세트의 검출 챔버에서 생화학 반응을 검출하기 위한 하나 이상의 판독 유닛을 가진다.
바람직하게는, 판독 유닛은 공간 분해능 검출기, 예를 들어 CCD 카메라, CCD 칩, 광다이오드 어레이, 애벌런치(avalanche) 다이오드 어레이, 다중채널 플레이트 및 다중채널 광전 증배기를 포함하는 군으로부터의 공간 분해 검출기이다.
보통, 광학 유닛은 또한 여기광의 형상화, 보다 특히, 집속, 분할, 방향 전환 및 배향을 위한 거울, 프리즘 및/또는 렌즈를 가진다.
PWG 센서 플랫폼을 가지는 시험 카세트를 작동하기 위해서는, 여기 행로를 모니터링 및 조정하기 위한, 보다 특히, 격자 구조에 대한 입사각 및 위치와 관련해서 레이저 빔을 위치시킴으로써 커플링 매개변수를 최적화하기 위한 측각기를 광학 유닛에 통합하는 것이 유리하다. 레이저 빔의 정밀한 설정은 PWG 센서 플랫폼으로부터 산란된 빛의 강도를 최대화한다.
바람직하게는, 시험 카세트는 마찬가지로 체결 유닛에 의해 커플링 부위에 정밀하게 유지된다.
PWG 센서 플랫폼을 가지는 시험 카세트가 이용되면, 격자에 대한 평행 위치에서는 100 ㎛ 및 PWG 칩 표면에 대한 수직 위치에서는 200 ㎛의 정밀도가 바람직하다. 제2 위치지정은 50 ㎛의 분해능으로 인커플링 조정 과정 중에 설정된다. 신호의 품질은 레이저 빔에 대한 센서 플랫폼의 정확한 위치지정에 의존하고, 따라서 허용 한계를 준수하여야 한다는 것이 언급되어야 한다.
보통, 시험 카세트는 예를 들어 실리콘 덮개로 실링되고, 시료 유체 운반 수단, 예를 들어, 압력 서지(surge), 시린지, 플런저 또는 펌프, 바람직하게는 펌프가 제1 부피의 공기를 시험 카세트 안에 밀어넣는다. 공기 압력이 시료 챔버로부터 시료 유체를 시약 챔버로 운반해서 시약 패드를 적신다. 이것은 예비배양기를 개시하고, 예비배양기 동안에는 예를 들어 시료의 독소가 형광 항체와 반응한다. 보통, 예비배양 시간은 반응 파트너에 의존해서 1 내지 20 분의 범위, 바람직하게는 3 내지 7 분의 범위이다. 보통, 연장된 예비배양 시간은 더 강한 신호를 생성한다. 바람직하게는, 예비배양 시간은 3 초의 정밀도로 제어된다. 추가의 한 단계에서, 시료 유체 운반 수단이 제2의 미리 정해진 부피의 공기를 시험 카세트 안에 밀어넣어서, 시료 유체를 임의로 필터를 통해서 채널 안으로 및 검출 챔버 안으로 추가로 운반하게 된다. 검출 챔버에서 본배양이 일어나고, 본배양은 보통 1 내지 100 분 동안 지속한다.
검출은 바람직하게는 ±5 초의 정밀도로 1 내지 30 분 후, 바람직하게는 5 내지 15 분 후에 수행한다. 이 목적으로, 예를 들어, 레이저 빔이 검출 챔버 내에 센서 플랫폼 표면 상에 도파되고, 생성된 형광이 판독 유닛에 의해 기록된다. 보통, 반응이 아직 평형에 도달하지 않는다. 따라서, 측정의 재현성을 보장하기 위해 각각의 단계의 기간을 정밀하게 고수하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 본 발명에 따르는 장치는 시료 유체 운반 수단 및/또는 온도 제어 유닛 및/또는 광학 유닛 및 체결 유닛에 의해 커플링 부위에 시험 카세트의 상응하는 위치지정 및 생화학 반응 매개 변수, 예컨대, 예를 들어, 배양 시간/온도, 반응 시간/온도 등의 설정을 자동으로 제어하기 위한 제어 유닛을 가진다. 또한, 제어 유닛은 보정 곡선을 참고로 분석물 값을 계산하고 분석물 값을 표시하기 위한 컴퓨터 요소를 가진다.
보통, 본 발명에 따르는 장치는 다음과 같이 작동된다:
1. 사용자가 시험 카세트를 커플링 부위에 삽입한다.
2. 사용자가 해제 버튼을 눌러서 본 발명에 따르는 장치를 시동한다.
본 발명에 따르는 장치는 제어 유닛에 의해 단독으로 다음 단계를 수행한다:
3. 온도 제어 유닛이 예를 들어 25 ℃의 온도에 도달해서 유지될 때까지 시험 카세트를 가열한다.
4. 통합된 평면 도파로를 가지는 카세트가 이용되면, 커플링 조건이 최적화된다. 레이저의 위치는 측각기를 이용해서 설정한다.
5. 시료 유체 운반 수단이 시료 유체를 시약 챔버 내로 운반한다. 예비배양이 개시된다.
6. 시료 유체 운반 수단이 시료 유체를 검출 챔버로 운반한다. 본배양이 개시된다.
7. 커플링 조건이 미세 조정된다. 굴절률 변화(단계 5에서는 공기, 지금은 수용액)로 인한 1°의 각 보상이 고려된다.
8. 레이저 빔이 켜지고, 얻은 신호가 판독 유닛에 의해 기록된다.
추가로, 본 발명은 다음 단계를 특징으로 하는 본 발명에 따르는 시험 카세트 작동 방법을 제공한다:
A. 분석물 함유 시료 유체를 시험 카세트에 도입하는 단계,
B. 시료 유체 운반 수단에 의해 시료 유체를 시약 챔버에 운반하는 단계,
C. 시약 챔버에서 시약 패드를 습윤시키고 거기에 적용된 시약을 용해하는 단계(여기서, 시약 패드는 완전히 습윤되고, 습윤 속도는 제어되며, 바람직하게는 1 ms 내지 10 s의 범위임),
D. 임의적인 예비배양 단계(여기서, 예비배양 시간은 바람직하게는 3 초의 정밀도로 제어됨),
E. 시료 유체 운반 수단에 의해 검출 챔버 내로 운반하는 단계(여기서, 검출 챔버는 완전히 충전됨),
F. 하나 이상의 분석물의 정량적 결정에 이용되는 임의로 검출 챔버에 적용된 시약과의 생화학 반응(배양) 단계(여기서, 배양 시간은 제어됨),
G. 검출 챔버의 시료 유체를 여기시키고 시료 유체의 분광 성질 및/또는 물질 성질의 변화를 측정하는 단계,
H. 보정 곡선을 참고로 분석물 값을 계산하고 표시하는 단계.
이 방법의 재현성을 위해, 바람직하게는, 정밀하게 정해진 부피의 시료 유체가 운반된다. 또한, 작동 동안 온도 제어 유닛을 이용해서 시약 챔버 및 검출 챔버에서 카세트의 온도를 제어하는 것이 유리하다.
또 다른 시험 카세트로 이 방법을 반복할 때의 결과의 재현성을 위해, 매개변수, 보다 특히, 부피, 시간(운반 및 배양 시간) 및/또는 온도가 정해지고 제어 유닛에 의해 자동 제어되는 것이 바람직하다.
본 발명의 주요 이점은 새로운 마이크로유체 시험 카세트로 분석을 수행하는 사람이 분석을 위해 어떠한 정량적 처리 단계, 예컨대, 예를 들어 시료 부피의 정확한 정량분배 및 시약의 정확한 정량분배도 수행할 필요가 없다는 것이다.
따라서, 또한, 이 생화학 시험 방법은 분석 전문가가 아닌 사람에 의해서도 수행할 수 있다. 추가의 이점은 시험 개시 전에 시험 카세트에 유체가 저장되지 않고, 대신, 건조한 시약만 저장된다는 것이다. 이 시스템의 주요 이점은 시료 용액과 별개로, 추가의 유체를 첨가할 필요가 없어서 이 방법의 수행을 간단하게 한다는 것이다. 분석 종료시, 시료 유체가 시험 카세트에 남고, 따라서, 독성 또는 감염성 물질로 인한 환경 위험이 나타날 수 없다. 간단한 디자인 및 따라서 낮은 제조 비용은 시험 카세트를 일회용 카세트로 이렇게 이용하는 것을 경제적으로 실시가능하게 한다.
마찬가지로, 본 발명은 분석물을 정성적으로 및/또는 정량적으로 결정하기 위해 환경 분석, 식품 분야, 인체 진단, 수의 진단 및 농작물 보호에서의, 본 발명에 따르는 시험 카세트, 시험 카세트 작동 장치, 및 시험 카세트 작동 방법의 용도도 제공한다.
상기 용도의 예는 실시간 결합 연구를 위해 및 친화성 선별 및 연구에서 동적 매개변수를 결정하기 위해, 정성적 및 정량적 분석물 결정을 위해, 보다 특히, DNA 및 RNA 분석 및 게놈에서의 게놈 또는 프로테옴 차이, 예컨대, 예를 들어 단일 염기 변이를 결정하기 위해, 단백질-DNA 상호작용을 측정하기 위해, mRNA 발현 및 단백질 (생)합성을 위한 제어 메카니즘을 결정하기 위해, 독성 연구를 발생시키기 위해 및 발현 프로필을 결정하기 위해, 보다 특히, 생물학적 및 화학적 표지 물질, 예컨대, mRNA, 단백질, 펩티드 또는 저분자량 유기(메신저) 물질을 결정하기 위해, 및 제약학적 생성물 연구 및 개발, 인체 진단, 수의 진단, 농약 생성물 연구 및 개발, 증상적 및 전증상적 식물 진단에서 항체, 항원, 병원균 또는 박테리아를 결정하기 위해, 제약학적 생성물 개발에서 환자의 계층화를 위해 및 약물의 치료적 선택을 위해, 특히, 식품 및 환경 분석에서 병원균, 유해 물질 및 세균(germ), 보다 특히, 살모넬라, 프리온, 바이러스 및 박테리아를 검출하기 위해, 제약학적 연구, 조합 화학, 임상 및 전임상 개발에서 선별 방법으로 화학적, 생화학적 또는 생물학적 분석물의 정량적 및/또는 정성적 결정이다.
본 발명에 따르는 시험 카세트의 특정 실시양태를 도 1 내지 6에 나타내지만, 이에 제한되지 않는다.
도 1은 시험 카세트를 나타낸 도면.
도 2는 시험 카세트의 측면도.
도 3은 시험 카세트의 치수를 기입한 도면.
도 4는 위에서 본 측면도로 시험 카세트의 디자인을 나타낸 도면.
도 5는 아래에서 본 측면도로 시험 카세트의 디자인을 나타낸 도면.
도 6은 PWG 바이오칩을 나타낸 도면.
도 7은 PWG 바이오칩의 측면도.
도 8은 PWG 바이오칩의 치수를 기입한 도면.
참조 부호
1 : 시험 카세트
2 : 구조화된 몸체
3 : 유입구
4 : 시료 챔버
5 : 실링 필름
6 : 채널
7 : 시약 챔버
8 : 시약 패드
9 : 검출 챔버
10 : PWG 바이오칩
11 : 격자
12 : 유리 플레이트(나타내지 않음) 상의 얇은 도파층
13 : 접착 촉진층
14 : BSA
15 : 어레이
16 : 진균독소 - BSA 접합체 스폿
17 : 기준 스폿
18 : 공기 채널
19 : 공기 구멍
20 : 통기 구멍
21 : 실링 필름 창
22 : 통기 채널
시험 카세트 (1)는 채널 및 캐비티가 안에 도입된 구조화된 몸체 (2)로 이루어진다. 이 몸체의 상면 및 하면에 실링 필름 (5)이 제공되고, 구조화된 몸체의 다양한 캐비티 및 채널(개구 (3), (19) 및 (20)은 제외됨)이 공기가 새지 않게 실링된다.
예를 들어, 본 발명에 따르는 시험 카세트는 사출 성형 방법을 이용해서 제조된다. 몸체는 검정색 폴리옥시메틸렌(POM)으로 제조된 플레이트로 이루어지고, 이 플레이트에 채널 및 챔버가 천공되고 밀링된다.
시험 카세트 (1)는 검출할 분석물 함유 시료 유체를 시험 카세트 (1) 내로 받아들이기 위한 유입구 (3), 채널 (6)에 의해 시료 유체가 운반되는 시약 챔버 (7), 및 추가의 채널 (6)에 의해 분석물이 운반되고 PWG 바이오 칩 (10)을 포함하는 검출 챔버 (9)를 포함한다.
시료 챔버 (4)는 직경 10 ㎜의 원형이다. 시약 챔버 (7)는 직경 8 ㎜의 원형이다. 검출 챔버 (9)는 치수 10 ㎜ x 10 ㎜의 정사각형이다. 채널 (6)은 직경 1 ㎜의 원형 횡단면을 가진다.
시약 챔버 (7)에는 시료 유체로부터의 분석물에 대해 특이적인 형광 염료로 표지된 항체가 시약 패드 (8)에 함침되어서 위치해 있다.
시약 패드 (8)는 폴 코포레이션으로부터의 특별히 두꺼운 유리 필터(공극 크기: 1 ㎛, 대표적인 두께: 1270 ㎛(50 mil), 대표적인 물 흐름 속도: 210 ㎖/분/㎠ (30 kPa))가 선택되고, 직경 8 ㎜의 원형 필터 피스 2개가 겹쳐 쌓인 것이다.
PWG 바이오칩 (10) 및 시약 패드 (8)는 둘 모두 POM 플레이트 (2)에서 두 폴리올레핀 필름 사이에 유지되고, 이 필름은 또한 시험 카세트를 실링하는 실링 필름 (5)으로 쓰인다. 필름은 PWG 바이오칩 (10)의 영역에서 PWG 바이오칩 (10)의 측정 영역에 자유롭게 접근하는 것을 허용하는 창 (21)을 가진다. 상부 실링 필름 (5)의 두께는 180 ㎛이고, 하부 실링 필름 (5)의 두께는 80 ㎛이다.
시험을 개시할 때 시료 챔버 (4)에 시료 유체가 도입되고 적당한 실리콘 덮개로 실링된다. 유체는 시료 챔버 (4) 및 인접하는 채널 (6)에 분포되고, 채널은 유체가 모세관력에 의해 시약 챔버 (7) 내로 또는 유입구 (3)로 끌어 올려지지 않도록 설계된다. 운반 유닛에 의해, 정해진 공기 부피가 유입구에서 시료 챔버 (4) 안으로 도입되어 채널 (6)을 거친다. 이 공기 부피는 시료 유체를 이동시키고, 따라서, 시료 유체가 시약 챔버 (7)에 흘러들어가서 시약 패드 (8)를 완전히 적신다.
시료 유체를 시약 챔버 (7)에 도입한 결과, 항체가 용해되어 시료 유체에 존재하는 분석물에 특이적으로 결합한다(분석물-항체 접합체). 항체의 자유로운 결합 부위가 시료 유체 중의 증가하는 양의 분석물로 점증적으로 포화된다.
25 ℃의 온도에서 일정 체류 시간 (10분) 후에, 분석물-항체 접합체를 함유하는 시료 유체는 다음 단계에서 추가의 정해진 공기 폭풍에 의해 검출 챔버 (9) 내로 운반된다. 검출 챔버 (9)는 시료 유체로 완전히 충전된다.
전체 채널 시스템의 통기는 상부 실링 필름에 적용된 통기 구멍(들) (20)에 의해 일어난다.
검출 챔버 (9)는 PWG 바이오칩 (10)을 포함한다. PWG 바이오칩 (10)의 도면은 도 6(상면도) 및 도 7(측면도)에 나타내었다.
검출 챔버 (9)에서, 생화학적 검출 반응의 과정 또는 종결 시점이 검출된다.
검출 챔버 (9)의 PWG 바이오칩 (10)은 예를 들어 0.7 ㎜의 두께를 가지는 10 ㎜ x 12 ㎜ 유리 플레이트(12.0 +/- 0.05 ㎜ x 10.0 +/- 0.05 ㎜ x 0.70 +/- 0.05 ㎜)로 이루어진다. 칩의 한 면에 Ta2O5(오산화탄탈)로 제조된 155 ㎚의 얇은 도파층 (12)이 있다. 칩의 측정 영역은 중앙 10 ㎜ x 6 ㎜ 직사각형 검출 영역을 포함한다. 500 ㎛폭 초승달 모양 밴드, 즉, 여기광을 커플링-인하기 위한 격자 (11)가 이 검출 영역과 평행하다. PWG 바이오칩 (10)의 가장자리에 대한 격자 (11)의 위치 정확도는 +/- 0.05 ㎜이다. 격자 깊이는 18 ㎚이고, 격자 주기는 318 ㎚이고, 듀티 사이클은 0.5이다.
얇은 도파층 (12) 상에 도데실 포스페이트로 제조된 단층이 접착 촉진층 (13)으로서 적용된다. 접착 촉진층 (13) 상에 분석물-BSA 접합체가 어레이 (15) 형태로 흡착에 의해 적용/고정된다. 분석물-BSA 접합체 스폿 (16)과 기준 스폿 (17) 사이의 자유로운 영역은 BSA (14)로 차단된다(부동화).
검출 챔버 (9)에서, 분석물-항체 접합체 및 자유로운 결합 부위를 가지는 어떠한 항체도 PWG 바이오칩 (10) 상의 고정된 분석물-BSA 접합체 스폿 (16)에 도달한다. 자유로운 결합 부위를 가지는 항체는 상응하는 고정된 분석물-BSA 접합체에 특이적으로 결합한다. 자유로운 결합 부위를 가지는 항체가 용액에 많이 존재할수록, 즉, 시료 유체 중의 상응하는 분석물의 비율이 낮을수록, 형광 염료로 표지된 항체가 PWG 바이오칩 (10)에 더 많이 결합된다. 시료 유체의 분석물로 포화된 항체는 용액에 남는다.
전자기 방사선을 박막 도파로 (12)에 커플링한 결과, 고정된 분석물-BSA 접합체에 결합된 형광 염료로 표지된 항체가 여기되어 박막 도파로 (12)의 소산장에서 형광을 방출할 수 있다. 이와 관련해서, 용액에 존재하는 형광 염료로 표지된 항체는 여기되지 않는다. 이 방법으로, 시료 유체에 존재하는 분석물의 간접 정량화가 가능하다.
시험 카세트를 작동하기 위한 본 발명에 따르는 장치의 특정 실시양태를 도 9에 나타내지만, 이에 제한되지 않는다.
도 9는 시험 카세트를 작동하기 위한 본 발명에 따르는 장치를 나타낸 도면이다.
참조 부호
30 : 지지체
31 : 광학창
32 : 시료 유체 운반 수단
33 : 온도 제어 요소 - 펠티에 또는 카트리지 요소
34 : 필터가 있는 렌즈
35 : CCD 카메라
36 : 이동 거울
37 : 이동 레이저
38 : 제어 유닛
본 발명에 따르는 시험 카세트를 작동하는 장치는 본 발명에 따르는 시험 카세트 (1)을 위치시키기 위한 지지체 (30)를 가지는 커플링 부위를 포함한다. PWG 바이오칩 (10) 아래에 지지체 (30)의 창 (31)이 있다. 또한, 장치는 시험 카세트 (1)에 시료 유체를 운반하는 수단 (32) 및 온도 제어 요소 (33)를 포함한다. 도 9에서, 온도 제어 요소 (33)는 접촉에 의해 지지체 (30)의 온도를 제어하고, 이 번에는 지지체가 설정된 온도를 시험 카세트 (1)에 전한다.
또한, 본 발명에 따르는 장치는 광학 유닛 내에 이동 레이저 (37), 및 시험 카세트 (1)의 검출 챔버에서의 생화학 반응을 검출하기 위한 하나 이상의 CCD 카메라 (35)를 포함한다. 또한, 광학 유닛은 이동 거울 (36) 및 필터가 있는 렌즈 (34)를 포함한다. 또한, 여기광의 형상화, 보다 특히, 집속, 분할, 방향 전환 및 배향을 위한 추가의 프리즘 및/또는 렌즈, 및 또한 여기 행로를 모니터링 및 조절하기 위한, 보다 특히, PWG 바이오칩 (10)의 격자 구조에 대한 입사각 및 위치와 관련해서 레이저 빔을 위치시킴으로써 커플링 매개변수를 최적화하기 위한 측각기도 가능하다(도 9에 나타내지 않음). 레이저 빔의 정밀한 설정은 PWG 바이오칩 (10)으로부터 산란되는 빛의 강도를 최대화한다.
레이저 빔 (도 9 참조)은 시험 카세트 (1)의 PWG 칩(10)에 반사된다.
빛 여기의 결과로 얻은 형광 광자는 광학창 (31)을 통해 CCD 카메라 (35)에 의해 감지된다.
또한, 커플링 부위는 시험 카세트의 반응을 개시하는 기계적 트리거를 포함한다.
최적의 재현가능한 결과를 보장하기 위해, 온도 제어 유닛 (33)이 시험 카세트 (1)의 작동 온도를 조절한다. 그것은 대표적으로 카세트를 시동하는 트리거의 활성화에 의해 켜진다.
바람직하게는, 시험 카세트는 약 25℃ +/- 2K의 온도에서 작동된다. 도 10은 검정의 용량-반응 곡선에 대한 온도의 영향을 나타낸다. 도 11은 펠티에 요소에 의한 온도 제어를 측정하기 위한 실험 장치를 나타내고, 도 12는 시험 카세트의 냉각 속도의 시뮬레이션을 나타낸다.
시료 유체 운반 수단 (32)은 시간 및 부피가 정밀하게 정해진 공기 폭풍을 실링된 시험 카세트에 도입한다. 이러한 공기 폭풍에 의해, 시료 유체가 다양한 채널 (6) 및 캐비티를 통해 유도되고, 거기에서 다양한 반응 단계, 예를 들어, 시약의 재구성, 시약과 시료의 혼합 등이 수행된다.
시험 카세트 (1)는 실리콘 덮개 (21)로 실링되고, 시료 유체 운반 수단(펌프) (32)이 제1 부피의 공기를 시험 카세트 (1) 안에 밀어넣는다. 공기 압력이 시료 챔버 (4)로부터 시료 유체를 시약 챔버 (7)로 운반해서 시약 패드 (8)를 적신다. 이것이 예비배양기를 개시하고, 예비배양기 동안에 예를 들어 시료의 독소가 형광 항체와 반응한다. 보통, 예비배양 시간은 반응 파트너에 의존해서 2 내지 5 분 ± 3 초의 범위이다. 보통, 연장된 예비배양 시간은 더 강한 신호를 생성한다. 도 14는 진균독소 푸모니신에 기반을 둔 검정의 용량-반응 곡선에 대한 배양 시간의 영향을 나타낸다. 추가의 한 단계에서, 시료 유체 운반 수단 (32)이 미리 정해진 제2 부피의 공기를 시험 카세트 (1) 안에 밀어넣어서, 추가로 시료 유체를 임의로 필터를 통해서 채널 (6) 안으로 및 검출 챔버 (9) 안으로 운반하게 되고, 검출 챔버에서 본배양이 일어난다. 검출은 바람직하게는 ±5 초의 정밀도로 10 분 후에 수행한다. 이 목적으로, 레이저 빔이 검출 챔버 (9) 내에 PWG 바이오칩 (10) 표면 상에 도파되고, 생성된 형광이 CCD 카메라 (35)에 의해 기록된다. 보통, 반응은 아직 평형에 도달하지 않는다. 각각의 단계의 기간을 정밀하게 고수하는 것이 바람직하다.
제어 유닛 (38)의 컴퓨터 요소에 의해 보정 곡선을 참고해서 분석물 값을 계산해서 표시한다.
이 방법을 또 다른 시험 카세트로 반복할 때의 결과의 재현성을 위해, 매개변수, 보다 특히, 부피, 시간(운반 시간 및 배양 시간) 및/또는 온도가 정해지고, 장치의 각각의 요소가 제어 유닛 (38)에 의해 자동 제어된다.

Claims (19)

  1. Figure pct00005
    검출 챔버의 바닥 또는 천장이 신호 변환기 또는 신호 검출창으로 이루어지고,
    Figure pct00006
    채널이 모세관력에 의해 유체를 시약 챔버 안으로 또는 개구로 끌어올릴 수 없도록 설계되고,
    Figure pct00007
    시약 챔버의 시약 및 임의로, 검출 챔버의 추가의 시약이 건조 형태로 저장되는
    것을 특징으로 하는,
    Figure pct00008
    분석물 함유 시료 유체를 도입하기 위한 하나 이상의 유입구,
    Figure pct00009
    분석물과 반응하기 위한 또는 시료 유체와 혼합하기 위한 하나 이상의 시약이 저장된 하나 이상의 시약 챔버, 및
    Figure pct00010
    분석물의 검출 또는 정량 분석을 위한 신호가 검출되는 하나 이상의 검출 챔버
    를 포함하는, 채널에 의해 서로 연결되는 캐비티가 안에 도입된 구조화된 몸체를 포함하는, 분석물의 정성 및/또는 정량 분석용 시험 카세트.
  2. 제1항에 있어서, 시약 챔버에서 시약이 시약 패드에 적용됨을 특징으로 하는 시험 카세트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 몸체의 적어도 한 면이 실링 유닛에 의해 실링됨을 특징으로 하는 시험 카세트.
  4. 제3항에 있어서, 실링 유닛이 실링 필름임을 특징으로 하는 시험 카세트.
  5. 제4항에 있어서, 실링 유닛이 30 ㎛ 내지 1000 ㎛의 두께를 가짐을 특징으로 하는 시험 카세트.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 시약 챔버 및 검출 챔버가 몸체의 하면에 수용됨을 특징으로 하는 시험 카세트.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 신호 변환기 또는 신호 검출창이 검출 챔버의 바닥을 형성함을 특징으로 하는 시험 카세트.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 검출 챔버의 바닥이 신호 변환기이고, 신호 변환기 상에 시료에서 분석물을 검출하기 위한 하나 이상의 추가의 결합 파트너가 고정된 하나 이상의 개별 측정 영역이 형성됨을 특징으로 하는 시험 카세트.
  9. 제8항에 있어서, 신호 변환기가 평면 도파로임을 특징으로 하는 시험 카세트.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 시험 카세트, 시험 카세트를 위치시키기 위한 하나 이상의 커플링 부위, 시험 카세트에 시료 유체를 운반하기 위한 하나 이상의 수단 및 하나 이상의 온도 제어 유닛을 포함하는, 바이오센서 및/또는 화학센서에 의해 분석물을 생물검정하기 위한 장치.
  11. 제10항에 있어서, 온도 제어 유닛이 시험 카세트의 하면과 접촉하는 하나 이상의 평면형 온도 제어가능 요소를 가짐을 특징으로 하는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 평면형 온도 제어가능 요소의 온도가 펠티에(Peltier) 또는 카트리지 요소에 의해 제어됨을 특징으로 하는 장치.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 검출 챔버에서 시료 유체를 여기시키기 위한 하나 이상의 여기원, 검출 챔버에서 신호를 검출하기 위한 하나 이상의 판독 유닛, 및 임의로, 거울, 프리즘 및/또는 렌즈를 포함하는 광학 유닛을 가짐을 특징으로 하는 장치.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 시료 유체 운반 수단 및/또는 온도 제어 유닛 및/또는 광학 유닛을 자동 제어하기 위한 제어 유닛을 가짐을 특징으로 하는 장치.
  15. A. 분석물 함유 시료를 시험 카세트에 도입하는 단계,
    B. 시료 유체 운반 수단에 의해 시료 유체를 시약 챔버에 운반하는 단계,
    C. 시약 챔버에서 시약 패드를 습윤시키고 거기에 적용된 시약을 용해하는 단계(여기서, 시약 패드는 완전히 습윤되고, 습윤 속도는 제어됨),
    D. 임의적인 예비배양 단계(여기서, 예비배양 시간은 제어됨),
    E. 시료 유체 운반 수단에 의해 검출 챔버 내로 운반하는 단계(여기서, 검출 챔버는 완전히 충전됨),
    F. 하나 이상의 분석물의 정량적 결정에 이용되는 임의로 검출 챔버에 적용된 시약과의 생화학 반응(배양) 단계(여기서, 배양 시간은 제어됨),
    G. 검출 챔버의 시료 유체를 여기시키고 시료 유체의 분광 성질 및/또는 물질 성질의 변화를 측정하는 단계, 및
    H. 보정 곡선을 참고로 분석물 값을 계산하고 표시하는 단계
    를 특징으로 하는, 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 장치의 작동 방법.
  16. 제15항에 있어서, 습윤 속도가 1 ms 내지 10 s의 범위임을 특징으로 하는 방법.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 정밀하게 정해진 부피의 시료 유체를 운반하는 방법.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 작동 동안 시약 챔버 및 검출 챔버의 온도가 제어됨을 특징으로 하는 방법.
  19. 분석물을 정성적 및/또는 정량적으로 결정하기 위해 환경 분석, 식품 분야, 인체 진단, 수의 진단 및 농작물 보호에서의, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 시험 카세트, 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 장치, 또는 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 방법의 용도.
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