KR20120050523A - 자기 또는 자화 가능 비드를 운반하기 위한 디바이스 및 방법 - Google Patents

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KR20120050523A
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톤데어 야콥 마리누스 얀 덴
데어 자그 피터 얀 반
하오 치 차오
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 운반 표면(12) 상에서 자기 또는 자화 가능 비드(10)를 운반하기 위한 디바이스(24)에 관한 것이다. 이는 유체(28) 내에 자기 또는 자화 가능 비드(10)를 포함하는 챔버(26)와, 상기 비드(10)가 그 상부에서 운반될 수 있는 상기 챔버(26) 내의 상기 운반 표면(12)을 포함하는 운반 요소(14)와, 상기 운반 표면(12)에 대향하여 상기 운반 요소(14)의 측면 상에 배열된 사행형 전류 와이어의 적어도 2개의 세트(20a, 20b, 20c)를 포함하는 전류 와이어 구조체(20)로서, 상기 적어도 2개의 세트(20a, 20b, 20c)는 적어도 2개의 방향에서 서로에 대해 변위되는 전류 와이어 구조체(20)와, 전류 구동 체계에 따라 상기 전류 와이어의 세트에 개별적으로 인가된 전류(Ia, Ib, Ic)를 개별적으로 스위칭하여 상기 운반 표면(12) 상에서 상기 비드(10)의 운반을 초래하는 스위칭 유닛(32)을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 운반 표면(12)에 실질적으로 평행한 방향에서 고정 실질적으로 균일한 자기장(30)이 부가적으로 제공된다.

Description

자기 또는 자화 가능 비드를 운반하기 위한 디바이스 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR TRANSPORTING MAGNETIC OR MAGNETISABLE BEADS}
본 발명은 반송면 상에서 자기 또는 자화 가능 비드를 반송하기 위한 디바이스 및 대응 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 마이크로 유체 장치, 특히 자기 또는 자화 가능 비드를 포함하는 샘플을 조작하기 위한, 특히 염기 서열 결정(sequencing) 또는 핵산 시험을 위한 DNA 염기 서열 결정 장치에 관한 것이다.
액체 내에 매립된 자기 입자('비드')는 상보형 타겟 분자와 특히 상호 작용하는 이들의 표면 상의 프로브 분자(예를 들어, 상보형 타겟 DNA와 상호 작용하는 단일 가닥 프로브 DNA)를 운반하는데 사용될 수 있다는 것이 알려져 있다. 탐사될 분자와의 반응시에 그리고 예를 들어 광학 또는 전기 화학적 측정을 사용하여, 비드 상에서 또는 비드를 포함하는 특정 체적 내에서 타겟 분자의 양을 결정할 수 있다. 자기 비드를 사용하는 관심은 이들이 유체 움직임에 무관하게 자기장을 사용하여 조작될 수 있다는 것이다. 이 방식으로, 유체에 대한 비드의 중요한 상대 운동 및 따라서 비드 표면에 고정된 프로브 분자에 대한 타겟 분자의 결합의 높은 확률을 생성할 수 있다. 이어서 검출/수집의 장소로 비드를 자기적으로 추출할 수 있다. 역사적으로, 비드는 외부 자석을 사용하여 국부적으로 고정되어 있고 또는 기계적으로 이동하는 외부 자석을 사용하여 운반되어 있다. 후자의 절차는 예를 들어 혼합 디바이스를 제조하고 면역 분석 방법에 사용될 수 있다.
여기서 및 이하에서, 종종 또한 비드라 칭하는 100 미크론 미만의 입자가 고려된다. 비드는 통상적으로 0.1 내지 50 미크론의 범위, 예를 들어 1 미크론의 범위의 크기를 갖는다.
자기 비드의 "분리"는 비드를 포함하는 액체가 큰 자기장(구배)을 갖는 구역을 통과하고 자기 비드는 필드에 의해 필터링(분리)되는 것을 의미한다. 비드의 자기 운반은 예를 들어 자기 비드 검출 디바이스 부근에서 마이크로 유체 회로 내의 양호하게 규정된 위치에 비드를 유도하기 위해 필수적이다. "운반"은 비드가 자력에 의해, 즉 지나가는(=분리) 액체 용액으로부터 자기장에 의해 보유되지 않고 자기장을 사용하여 효과적으로 이동되는 것을 의미한다. 그럼에도 불구하고, 일반적으로 이들 비드의 조작, 특히 운반은, (초)상자성 비드의 유효 상대 자화율이 다소 약하고[통상적으로, 대부분의 구형 입자의 소자(demagnetization)에 기인하여 << 1], 입자의 자기 체적이 작기 때문에 어려운 작업이다. 이는 대부분 (기계적으로 이동하는) 영구 자석 또는 큰 전자석의 큰 필드가 자기 비드의 분리, 운반 및 위치 설정을 위해 사용되어 온 이유를 설명한다. 다른 작업에서, 큰 전류에 의해 작동되는 마이크로패터닝된 전도체가 자기 비드 포획 및 운반을 위해 유용한 해결책을 제시하기 위해 설명되어 왔다. 이들 디바이스는 단일 작동 이벤트에 10 내지 100 ㎛ 거리에 걸쳐 정확한 위치 설정 및 운반을 허용한다.
US 2005/284817 A1호는 영구 자기 모멘트를 비드에 인가하기 위해, 실질적으로 균일한 자기장을 모세관 챔버에 인가하기 위해 영구 자석 또는 전자석을 포함하는 모세관 챔버 내에서 자기 또는 자화 가능 비드를 운반하기 위한 디바이스를 개시하고 있다. 적어도 평면형 코일 및 바람직하게는 중첩 코일의 어레이는 비드를 구동하기 위해, 상기 실질적으로 균일한 자기장에 평행하거나 역평행한 상보형 자기장을 비드 상에 인가하기 위해 모세관 챔버에 인접하여 위치된다. 생성된 필드를 반전시키고 이에 의해 비드 상에 인력 또는 척력 구동력을 선택적으로 인가하기 위해 코일(들)에 인가된 전류를 스위칭하기 위한 장치가 제공된다. 디바이스는 예를 들어 의료용 진단 목적으로 임상 화학 분석에서 행해지는 바와 같이, 화학적 및 생화학적 반응을 수행하기 위해 비드를 운반하기 위해 사용 가능하다.
NIH(미국 국립 보건원)의 1990년대말의 전체 인간 게놈의 염기 서열 결정을 개시하는 프로젝트 이래로, 염기 서열 결정 기술의 기술적인 개발이 매우 급속하게 진행되고 있다. 특히 2005년의 454 라이프 사이언시스(Life Sciences)[현재 로쉐(Roche)]에 의한 2세대 염기 서열 결정 기계의 도입[엠. 마구리스(M. Margulies), 엠. 에골름(M. Egholm) 등, 네이처(Nature), 437(2005년) 376-380] 이래로, 개발이 증대되고 있다. 현재, 다수의 다른 회사들이 2세대 염기 서열 결정 기계를 착수하고 있고, DNA 염기 서열 결정이 예를 들어 암의 분석시에 임상적인 도구가 될 수 있도록 DNA 염기 서열 결정의 비용을 더 감소시키는 것이 요구되고 있다.
비용을 더 감소시키기 위한 일반적인 전략들 중 하나는 특히 마이크로 유체 디바이스 내의 염기 서열 결정을 위해 필요한 단계의 통합에 의해 염기 서열 결정 디바이스를 최소화하는 것이다. 이러한 접근법에서, 염기 서열 결정될 DNA 뿐만 아니라 염기 서열 결정 반응에 수반되는 시약은 마이크로 채널 및 서브 밀리미터 치수의 챔버 내에서 조작된다. 조작은 마이크로 펌프 및 밸브, 일체형 마이크로 액추에이터, 전자 동역학 구동력, 자기 구동력 또는 표면 장력을 이용하는 것과 같은 다양한 방식으로 행해질 수 있다.
몇몇 차세대 염기 서열 결정 접근법에서, 자기 마이크로 비드는 염기 서열 결정될 DNA 스트랜드를 위한 기판으로 사용된다. 특히, 이상적으로 각각의 단일 비드는 동일한 비드 상에 수백만회 복제되는(PCR을 사용하여) 그에 부착된 하나의 고유의 DNA 스트랜드를 갖는다. 통상적으로, 신호 대 노이즈비를 증가시키기 위해 동일한 스트랜드를 단일 비드 상에 다수회 증식하기 위해, 에멀전 비드 PCR 증식(emPCR)이 사용된다. 이러한 접근법을 최소화할 때, 디바이스 내에 국부적으로 생성된 자기장을 사용하여 제어된 방식으로 비드를 조작하는 것이 가능한 것이 매우 유리할 수 있다. 이는 이들의 정확한 위치를 모니터링하면서 디바이스 내의 특정 위치에 부착된 특정 스트랜드를 갖는 비드를 운반하는 기회를 제공할 수 있다.
본 발명의 목적은 힘의 생성을 위해 요구되는 전기 신호 및 접속부의 수가 최소화되지만 비드 조작의 큰 탄력성을 제공하는 운반 표면 상에 자기 또는 자화 가능 비드를 운반하기 위한 디바이스 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 양태에서, 운반 표면 상에서 자기 또는 자화 가능 비드를 운반하기 위한 디바이스로서,
- 유체 내에 자기 또는 자화 가능 비드를 포함하는 챔버와,
- 상기 비드가 그 상부에서 운반될 수 있는 상기 챔버 내의 상기 운반 표면을 포함하는 운반 요소와,
- 상기 운반 표면에 대향하여 상기 운반 요소의 측면 상에 배열된 사행형 전류 와이어의 적어도 2개의 세트를 포함하는 전류 와이어 구조체로서, 상기 적어도 2개의 세트는 적어도 2개의 방향에서 서로에 대해 변위되는 전류 와이어 구조체와,
- 전류 구동 체계에 따라 상기 전류 와이어의 세트에 개별적으로 인가된 전류를 개별적으로 스위칭하여 상기 운반 표면 상에서 상기 비드의 운반을 초래하는 스위칭 유닛을 포함하는 디바이스가 제공된다.
본 발명의 다른 양태에서, 대응 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 자기 또는 자화 가능 비드를 포함하는 샘플을 조작하기 위한, 특히 염기 서열 결정 또는 핵산 시험을 위한 마이크로 유체 장치, 특히 DNA 염기 서열 결정 장치로서, 본 발명에 따른 운반 표면 상에서 자기 또는 자화 가능 비드를 운반하기 위한 디바이스를 포함하는 장치가 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시예는 종속 청구항에 규정되어 있다. 청구된 방법 및 청구된 마이크로 유체 장치는 청구된 디바이스로서 그리고 종속 청구항에 규정된 바와 같이 유사한 및/또는 동일한 바람직한 실시예를 갖는다는 것이 이해될 수 있다.
본 발명은 서로에 대해 공간적으로 변위되고 디바이스를 통해 제어된 방식으로 비드를 구동하는 자력을 생성하기 위해 특정 구동 체계를 사용하여 구동되는 사행형 전류 와이어의 전류 와이어 구조체를 사용하는 사상에 기초한다. 사행형 전류 와이어의 공간적 변위 및 구동 전류의 적절한 제공, 즉 개별 사행형 전류 와이어에 제공된 전류의 적절한 스위칭의 사용에 의해, 비드의 이동의 방향 및 속도가 성취될 수 있다. 이 방식으로, 힘의 생성을 위해 요구되는 전기 신호 및 접속부의 수는 최소화되지만, 비드 조작의 큰 탄력성이 그럼에도 성취된다.
본 발명은 임의의 원하는 궤적을 따라 운반 표면 상에 초상자성 비드의 집합적인 조작을 특히 가능하게 한다. 구조체는 적어도 2개의 쌍의 사행형 전류 와이어를 포함하고, 비드 이동의 완전한 자유도를 실현하기 위해 단지 4개의 전기 접속부만을 필요로 한다. 바람직한 실시예에 따라 제안된 바와 같이 적절한 구동 체계를 적용할 때, 비드는 임의의 경로를 따라 이동할 수 있을 뿐만 아니라, 운반 표면 내의 (마이크로) 우물 사이에서 점프하거나 또는 운반 표면 상에서 "홉핑(hop)"하도록 또한 강요될 수 있다.
본 발명은 비드가 제어된 방식으로 표면 상에서 집합적으로 조작될 필요가 있는 임의의 (마이크로 유체) 시스템에 유용하다. 특히, 본 발명은 수반된 염기 서열 결정 단계, 뿐만 아니라 핵산 시험을 위한 샘플 준비에서의 단계를 제어하기 위해 DNA 염기 서열 결정 디바이스에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스, 시스템 또는 방법은 예를 들어 결합/결합 해제 분석, 개재 분석, 경쟁 분석, 변위 분석, 효소 분석, 면역 분석 등과 같은 다수의 생화학적 분석을 위해 사용된 자기 바이오센서에 사용될 수 있다. 이러한 자기 바이오센서 시스템 또는 디바이스는 분자 생물학적 타겟을 검출할 수 있다. 분자 타겟은 종종 예를 들어, 세포, 바이러스 또는 세포의 분율 또는 바이러스, 조직 추출 등과 같은 더 큰 성분의 농도 및/또는 존재를 결정한다는 것을 주목하라.
운반 요소는 챔버 내의 개별 요소일 수 있지만, 이는 또한 챔버 벽의 부분일 수 있는데, 즉 운반 표면은 또한 챔버 벽의 내부 표면일 수 있다. 또한, 전류 와이어 구조체는 특히 운반 표면이 챔버 벽의 내부 표면이면 챔버 내에 또는 챔버의 외부에 배치될 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 사행형 전류 와이어의 상기 세트는 상기 운반 표면에 평행한 와이어 평면 내에, 특히 상기 운반 표면에 대향하는 상기 운반 요소의 표면 상에 실질적으로 배열된다. 따라서, 전류 와이어는 운반 표면 및 운반될 비드에 가능한 한 근접하게 위치된다. 사행형 전류 와이어의 세트가 모든 3개의 공간 방향에서 변위되는 것이 일반적으로 가능하지만, 사행형 전류 와이어의 세트는 상기 와이어 평면 내에서 2개의 직교 방향에서 변위되는 것이 더 바람직하다. 물론, 상이한 세트의 와이어들 사이의 단락이 회피되어 상이한 세트의 와이어의 교차시에 이러한 단락을 회피하기 위한 적절한 수단이 제공되게 된다. 예를 들어, 절연 재료가 이들 교차부에서 와이어들 사이에 배치되고, 또는 와이어들 중 하나가 단락을 회피하기 위해 교차점에서 제 3 방향에서 국부적으로 변위된다.
변위의 크기는 비드의 크기, 와이어의 크기 및 전류 강도(각각 전류 와이어를 통해 흐르는 전류에 의해 생성될 수 있는 힘)에 의존한다. 변위를 위한 전형적인 값은 1 미크론의 전형적인 비드에 대해 10 내지 50 미크론이다. 일반적으로, 전형적인 변위는 비드 크기보다 큰 크기의 정도이다.
비드 운반을 최적화하기 위한 다양한 실시예가 존재한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 전류 와이어 구조체는 상기 운반 표면에 대향하는 상기 운반 요소의 측면 상에 배열된 사행형 전류 와이어의 적어도 3개의 세트를 포함하고, 상기 적어도 3개의 세트는 적어도 2개의 방향에서 서로에 대해 변위된다. 이 방식으로, 비드 상의 힘의 양호하게 규정된 방향이 성취될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 디바이스는 운반 표면에 실질적으로 평행한 방향에서 고정의 실질적으로 균일한 자기장을 생성하기 위한 고정 자기장 생성 수단을 포함하고, 상기 전류 와이어 구조체는 사행형 전류 와이어의 2개의 세트를 포함한다. 고정 및 균일한 외부 자기장은 예를 들어, 외부 영구 자석 또는 전자석 구조체(예를 들어, 코일 구조체)에 의해 생성될 수 있다.
3-세트 구성의 장점은 어떠한 부가의 외부 자기장도 비드 운동 제어의 완전한 탄력성을 성취하기 위해 생성될 필요가 없다는 것이다. 2-세트 구성의 장점은 구동 체계 및 구동 전자 기기가 더 간단하다는 것이다. 부가의 외부 필드의 장점은 이것이 비드의 자화를 증가시켜 성취될 수 있는 비드 속도가 외부 필드가 없는 것보다 큰 약 1의 크기의 정도가 되게 하는 것이다.
비드의 이동의 종류 또는 이들이 운반 표면 상에서 조작될 수 있는 방식에 따라, 전류 와이어의 세트에 개별적으로 제공된 전류를 스위칭하기 위한 적절한 스위칭 체계는 이에 따라 적용된다. 이들은 예를 들어 사용자에 의해 선택될 수 있는 고정된 상이한 스위칭 체계일 수 있지만, 사용자가 스위칭 체계의 설정을 개별적으로 수정하고 다양한 전류 와이어의 세트에 제공된 전류를 개별적으로 제어하는 자유도 및 옵션을 갖는 것이 실시예에서 또한 가능하다. 부가의 외부 자기장을 사용하는 실시예에서, 사용자가 예를 들어 전자석이 외부 자기장을 생성하기 위해 사용되면 외부 자기장의 강도 및/또는 방향을 초작하는 부가의 자유도를 갖는 것이 또한 가능하다.
일 방향에서 운반 표면 상에서의 비드의 운반은 스위칭 유닛이 상기 전류 와이어의 세트에 개별적으로 인가된 상기 전류를 스위칭하기 위해 적용되어 세트가 0이 아닌 전류를 갖는 위상과 0 전류를 갖는 위상으로 이루어지는 주기적인 전류 신호를 개별적으로 구비하게 하고, 개별 세트를 위한 전류 신호가 적시에 변위되어 비네거티브 전류가 동시에 단지 일 전류 신호에 존재하게 되는 것에 따른 실시예에 의해 얻어진다. 전류 신호의 형상은 일반적으로 구형파이지만, 사인파, 삼각파 또는 톱니파 형태가 또한 가능하다. 0이 아닌 전류의 극성은 이하에 설명되는 특정 실시예에 따라 포지티브 또는 네거티브일 수 있다.
바람직하게는, 상기 개별 세트에 제공된 전류 신호는 동일하지만 적시에 변위되고, 적시의 변위는 적시의 변위가 가장 멀리 변위되는 세트에 제공되는 전류 신호에 대해 가장 큰 방식으로 운반 방향에서 전류 와이어의 세트의 변위와 상관된다.
비드는 특정 스위칭 주파수까지 원하는 방향을 따를 수 있다는 것이 확인되었다. 개별 전류 와이어에 제공된 전류의 스위칭 주파수가 너무 높으면, 비드는 이들이 자력 및 점성 견인력의 균형에 의해 발생되는 것을 얻을 수 있는 제한된 속도에 기인하여 더 이상 유지될 수 없다. 이 임계 속도/주파수는 일반적으로 실험적으로 결정되지만, 예를 들어 다양한 비드를 위한 디폴트로서 사용을 위한 사전 세팅이 또한 제공될 수 있다. 실제로, 가장 유효한 운반을 위해, 최고 가능한 운반 속도를 얻기 위해 이 임계 스위칭 주파수에(또는 바로 아래에) 있는 것이 바람직하다.
일반적으로, 외부 필드는 고정형이다. 이를 생성하기 위해 전자기 코일이 사용되면, 적시에 이를 제어하는 자유도가 존재한다. 이는 와이어 내의 전류가 방향에서 스위칭되는 상황에서, 외부 필드 방향이 플립되어(전류 와이어 방향 대신에) 동일한 효과를 성취할 수 있다. 이 경우에, 외부 필드의 스위칭은 와이어 전류 사이의 스위칭으로 적절하게 타이밍 조절되어야 한다.
이 경우에, 즉 외부 자기장이 전자석에 의해 제공되면, 비드의 운반이 요구될 때에만 외부 자기장을 스위칭하는 것이 또한 가능하다. 비드의 운반이 요구되지 않으면, 외부 자기장은 에너지를 보존하기위해 스위칭 오프될 수 있다. 이 경우에, 운반 중에 외부 자기장은 스위칭 온되고 고정될 수 있지만(다소 균일함), 시간 경과에 따라(즉, 스위칭 온되고 스위칭 오프 될 때의 시간 중에) 외부 자기장은 적시에 완전히 고정되는 것으로서 고려되지 않을 수도 있다.
다른 바람직한 실시예에서, 비드의 운반의 방향을 선택하고 그리고/또는 비드의 운반의 방향을 상호 작용식으로 변경하는 것이 가능하다. 이를 성취하기 위해, 스위칭 유닛은 전류 신호의 극성을 선택하고 그리고/또는 비드의 운반의 방향의 원하는 선택 또는 변경을 초래하는 적어도 하나의 전류 신호의 극성을 스위칭하기 위해 적용된다.
비드의 1차원 운반을 얻을 뿐만 아니라, 임의의 원하는 방향에서 운반 표면 상에서 2차원적으로 비드를 운반하는 자유도를 갖기 위해, 상기 전류 와이어 구조체는 상기 운반 표면에 대향하여 상기 운반 요소의 측면 상에 배열된 사행형 전류 와이어의 적어도 2개의 제 1 세트의 제 1 그룹으로서, 상기 적어도 2개의 제 1 세트는 적어도 2개의 방향에서 서로에 대해 변위되는 제 1 그룹과, 상기 운반 요소의 동일한 측면 상에 배열된 사행형 전류 와이어의 적어도 2개의 제 2 세트의 제 2 그룹으로서, 상기 적어도 2개의 제 2 세트는 적어도 2개의 방향에서 서로에 대해 변위되는 제 2 그룹을 포함하고,
전류 와이어의 상기 제 1 그룹 및 상기 제 2 그룹은 상기 운반 표면에 수직하는 회전축 주위로 서로에 대해서 특히 90도 만큼 회전하여 배열된다.
다른 용례에서, 운반 표면 상에서 비드를 "홉핑"하거나 심지어 작은 우물 내외로 점프하게 하는 것이 요구될 수 있다. 이를 성취하기 위해, 스위칭 유닛은 상기 전류 와이어의 세트에 개별적으로 인가된 상기 전류를 스위칭하기 위해 적용되어 세트가 포지티브 전류를 갖는 위상 및 네거티브 전류를 갖는 위상을 포함하는 주기적인 전류 신호를 개별적으로 구비하게 되고, 개별 세트에 대한 전류 신호는 적시에 변위되어 상이한 전류 신호, 특히 이웃하는 전류 와이어에 제공된 전류 신호의 포지티브 및/또는 네거티브 위상이 서로 중첩하게 된다. 전류 신호의 형상은 일반적으로 구형파이지만, 사인파, 삼각파 또는 톱니파 형태가 또한 가능하다.
다른 실시예에 따르면, 운반 표면에 실질적으로 평행한 방향에서 실질적으로 균일한 자기장을 생성하기 위한 코일의 세트와, 운반 표면에 평행한 평면 내의 자기장의 방향을 변경하기 위해 코일의 세트를 제어하기 위한, 특히 2개의 대향하는 방향 사이의 자기장의 방향을 플립하기 위한 코일 제어 수단이 제공된다. 따라서, 외부 자기장은 다른 실시예에서 제공된 바와 같이 와이어를 구동하는 전류보다는 극성이 스위칭될 수 있다.
다른 양태에 따르면, 본 발명은 본 발명에 따른 운반 표면 상에서 자기 또는 자화 가능 비드를 운반하기 위한 디바이스에 구동 전류를 제공하기 위한 구동 유닛에 관한 것이다. 이러한 구동 유닛은 전류 구동 체계에 따라 상기 전류 와이어의 세트에 개별적으로 인가된 전류를 개별적으로 스위칭하기 위해 적용되어 상기 운반면 상에서의 상기 비드의 운반을 초래하고, 상기 구동 유닛은 상기 전류를 스위칭하기 위해 적용되어 세트가 0이 아닌 전류를 갖는 위상과 0 전류를 갖는 위상으로 이루어지는 주기적인 전류 신호를 개별적으로 구비하게 된다. 다양한 실시예가 전술된 바와 같이 그리고 이하의 도면을 참조하여 예시될 수 있는 바와 같이, 구동 전류를 제어하기 위해, 특히 전류 와이어에 제공된 전류를 스위칭하기 위해 존재한다.
본 발명의 이들 및 다른 양태는 이하에 설명된 실시예(들)로부터 명백해지고 실시예를 참조하여 명료해진다.
도 1a 및 도 1b는 전류 와이어의 사용에 의한 운반 표면의 비드의 운반을 도시하는 다이어그램.
도 2a 내지 도 2c는 3개의 세트의 전류 와이어 및 전류를 위한 적절한 구동 체계를 도시하는 도면.
도 3a 및 도 3b는 부가의 외부 자기장의 효과를 도시하는 다이어그램.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 적절한 전류 구동 체계 및 3개의 세트의 사행형 전류 와이어를 포함하는 본 발명에 따른 디바이스의 제 1 실시예를 통한 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 적절한 전류 구동 체계 및 2개의 세트의 사행형 전류 와이어를 포함하는 본 발명에 따른 디바이스의 제 2 실시예를 통한 단면도.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전류 구동 체계를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전류 구동 체계를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 2쌍의 2개의 세트의 사행형 전류 와이어의 조합을 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 전류 구동 체계를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 DNA 염기 서열 결정을 위한 마이크로 유체 시스템의 실시예를 도시하는 도면.
단일의 전류 와이어가 와이어를 향해 초상자성 비드를 끌어당기는 자기장을 생성하는 것은 잘 알려져 있다. 따라서, 도 1a에 도시된 바와 같이 기판(17) 상에 침착된 다수의 일체형 전류 와이어(16a, 16b, 16c, 16d)를 사용하여 운반 요소(14)의 운반 표면(12) 상에 자기 비드(10)를 운반하는 것이 가능하다. 전류 와이어(16a, 16b, 16c, 16d)를 순차적으로 접근함으로써, 국부 자기장(B1)을 생성하여 비드(10)가 각각의 전류 와이어(16a, 16b, 16c, 16d)에 의해 끌어당겨지게 된다. 따라서, 이들은 운반 표면(12) 상에서 좌측으로부터 우측으로 이동한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 와이어(16a, 16b, 16c, 16d)는 그 상부가 운반 표면(12)인 운반 요소(14)로서 작용하는 절연 필름에 의해 커버될 수 있다.
비드(10) 상의 자력은 전류 와이어(16a, 16b, 16c, 16d)에 의해 생성된 국부 자기장(B1)에 추가하여, 예를 들어 영구 자석과 같은 외부 소스(18)를 사용하여 도 1b에 도시된 바와 같이 균일한 자기장(He)을 인가함으로써 향상될 수 있다. 이 외부 자기장(He)의 이점은 (균일한) 외부 자기장(He)이 초상자성 비드(10)의 자화를 증가시키고 이에 의해 특히 크기의 정도만큼 비드(10)의 속도를 상당히 증가시킨다. 표면 상에서 자기 비드(10)를 운반하는 이 방식은 알려져 있고, 마이크로 유체 디바이스 내에서 자기 비드(10)를 조작하는데 사용되어 왔다.
이 원리를 인지하는 것은 자기 비드의 집합적인 운반을 실현화하기 위해 이하의 제안을 트리거링한다. 도 2a 및 도 2b는 운반 표면 상에 침착된 3개의 세트(20a, 20b, 20c)의 사행형 전류 와이어를 도시한다. 도 2a는 개략도를 도시하고, 도 2b는 실현된 와이어의 광학 마이크로그래프를 도시한다(예로서, 와이어는 5 ㎛의 폭 및 1 ㎛의 간격을 가짐). 전환점, 예를 들어 전환점(22)에서, 와이어는 전기 단락을 회피하기 위해 "브리지"를 통해 가로지른다.
도 2c에 도시된 바와 같이 적절한 전류 구동 체계에 의해 3개의 세트(20a, 20b, 20c)의 와이어를 순차적으로 개별적으로 접근하는 것은 운반 표면 상에서 좌측으로부터 우측으로 비드의 운반을 초래한다. 시간(t) 경과에 따라 나타낸 전류(Ia, Ib, Ic)는 3개의 세트(20a, 20b, 20c)의 사행형 전류 와이어에 각각 제공되고 동시에 전류(Ia, Ib, Ic) 중 단지 하나만이 0이 아니고 다른 2개의 전류는 0이 되도록 제어된다. 이 접근법의 장점은 단지 3개의 전기 와이어[즉, 3개의 세트(20a, 20b, 20c)의 사행형 전류 와이어]만이 외부 세계에 접속될 필요가 있다는 것이다.
이 접근법은 어떠한 부가의 외부 자기장도 인가되지 않으면 동작하고, 이는 실험적으로 입증되어 있다. 그러나, 외부 자기장이 인가되면, 상황은 상이하다. 이 경우에, 즉 자력의 특성이 외부 자기장의 방향에 대해 와이어를 통한 전류의 배향에 따른다. 이는 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명될 수 있다. 도 3a는 전류(I)가 지면 내로 배향되는, 즉 와이어(22)에 의해 생성된 국부 자기장(B1)이 시계방향인 전류 와이어(22)의 단면도를 도시한다. 부가적으로, 외부 자기장(He)은 좌측으로부터 우측으로 지향된다. 총 자기장(외부 자기장에 국부 자기장을 더한 값)의 결과로서, 표면에 위치된[이 경우에, 와이어(22) 상에 1 ㎛] 초상자성 비드는 수평 위치(x)의 함수로서 도 3a의 다이어그램에 도시된 바와 같이 자력(Fx)을 경험할 수 있고, 여기서 위치 0은 와이어(22)의 중심에 있다. 포지티브 힘(Fx)은 여기서 (포지티브) x의 방향에서 힘을 의미한다. 따라서, 비드는 와이어(22)를 향해 끌어당겨진다.
상황은 전류(I)가 도 3b에 도시된 바와 같이 지면 외부 방향에 있을 때 상이하다. 국부 자기장(B1)은 이제 반시계 방향으로 배향되고, 힘이 와이어(22)로부터 이격되어 비드를 실제로 반발시킨다.
이 효과는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 디바이스의 동작에 대한 결과를 갖는다. 와이어(20a, 20b, 20c)의 사행형 구조체에 기인하여, 전류(및 따라서, 국부적 자기장 배향)는 각각의 턴에서 변화하고, 따라서 고정 균일 외부 자기장에 대해 방향을 변경한다. 따라서, 외부 자기장에 추가하여, 상황은 도 3a에 도시된 것으로부터 도 3b에 도시된 것으로 변경한다. 즉, 이는 인력으로부터 척력으로 변경되고 척력으로부터 인력으로 변경된다. 이는 도 2c에 도시된 구동 체계를 사용하는 것은 좌측으로부터 우측으로 비드의 이동을 초래하지 않을 수 있다는 것을 의미한다. 각각의 사이클에서 오히려 발생할 수 있는 것은 비드가 우측으로 2개의 단계를 취할 수 있는 것이고[세트(20a)의 와이어로부터 세트(20b)의 이웃하는 와이어로, 세트(20b)의 와이어로부터 세트(20c)의 이웃하는 와이어로], 이어서 더 큰 단계를 재차 취하는 세트(20a)의 원래 와이어로 재차 복귀한다.
따라서, 전류 방향이 우측 순간에서 변경되면, 도 2a의 좌측으로부터 우측으로 운반 표면에 평행한 일 방향으로 비드가 이동할 수 있게 되는 것이 본 발명의 추가의 인식이다. 이는 본 발명에 따른 디바이스(24)의 제 1 실시예를 통한 단면도(도 4a), 전류 와이어 구조체(20)(도 4b) 및 이 실시예에 사용을 위한 전류 구동 체계(도 4c)를 도시하는 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 더 상세히 설명될 수 있다.
도 4a에 도시된 디바이스(24)는 유체(28) 내의 자기 또는 자화 가능 비드(10)를 포함하는 챔버(26)를 포함한다. 상기 비드(10)가 그 위에서 운반될 수 있는 상기 운반 표면(12)을 포함하는 운반 요소(14)는 상기 챔버(26) 내에 배열된다. 상기 운반 표면(12)에 대향하는 상기 운반 요소(14)의 측면에서, 사행형 전류 와이어의 3개의 세트(20a, 20b, 20c)를 포함하는 전류 와이어 구조체(20)가 배열된다. 도 4b에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 3개의 세트(20a, 20b, 20c)는 적어도 2개의 방향에서, 특히 운반 표면(12)에 평행한 와이어 평면(30)을 형성하는 x- 및 y-방향에서 서로에 대해 변위된다.
기판(17)은 또한 전류 와이어가 내부 측벽 상에 직접 침착되도록 챔버(26)의 내부 측벽에 의해 대체될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 또한, 전류 와이어는 또한 챔버(26)의 대향 내부 측벽이 운반 표면으로서 기능하도록 챔버(26)의 외부 측벽 상에 또한 침착될 수 있다.
전류 구동 체계에 따라 전류 와이어의 상기 세트(20a, 20b, 20c)에 개별적으로 인가되는 전류(Ia, Ib, Ic)를 생성하고 개별적으로 스위칭하기 위해 스위칭 유닛(32)이 제공된다. 상기 스위칭 유닛(32)은 또한 전류 와이어에 구동 전류를 제공하기 위한 구동 유닛으로서 간주될 수 있다.
대응 구동 체계가 전류 와이어의 3개의 세트(20a, 20b, 20c)에 인가되는 3개의 전류(Ia, Ib, Ic)에 대해 도 4c에 도시되어 있다. 포지티브로부터 네거티브로 전류(Ia, Ic, Ib)를 스위칭함으로써, 특정 와이어 세그먼트에서 자력의 특성은 척력으로부터 인력으로 플립되어 x-방향에서 상기 운반 표면(12) 상에 상기 비드(10)의 운반을 초래한다.
따라서, 전류의 상대 배향에 대한 자력의 특성의 의존성 및 부가적으로 제공된 몇몇 실시예에서 고정 균일 외부 자기장은 전류를 적절하게 구동함으로써 유리하게 사용될 수 있다.
예시적으로, 본 발명에 따라 사용된 전류의 몇몇 치수가 제공될 수 있다.
자기 비드는 자화 가능한 또는 자기, 특히 초상자성 비드일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 이들 내의 마그네타이트 나노입자를 갖는 폴리머 비드가 사용된다. 전형적인 크기 범위는 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛, 특히 1 ㎛ 내지 20 ㎛이다.
와이어는 사용된 비교적 큰 전류(밀도)에 기인하여 전도 금속, 바람직하게는 금속(예를 들어, Cu 또는 Al)으로 제조된다. 와이어의 전형적인 폭은 1 ㎛ 내지 10 ㎛이다. 전형적인 간격은 1 ㎛ 내지 10 ㎛이다. 전형적인 두께는 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛이다. 와이어는 현존하는 박막 적층 및 구조화 기술로 상이한 층 내에서 기판(글래스 또는 실리콘) 상에 제조될 수 있다.
사용된 전형적인 전류는 5 mA 내지 100 mA(예를 들어, 10 내지 30 mA)여서, 와이어 주위에 국부적으로 생성된 원형 불균일 자기장을 유도한다. 와이어 사이의 전형적인 스위칭의 주파수는 0.1 내지 10 Hz이다.
외부 자기장은 전형적으로 500 내지 5000 Oe(1 Oe = (1000/(4 pi)) A/m)의 범위의 필드 강도 또는 50 내지 500 mT의 자기 플럭스(B)를 갖는다.
다른 실시예에 따르면, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 사행형 전류 와이어의 단지 2개의 세트(36a, 36b)만이 운반 표면(12) 상에서 라인을 따라 임의의 방향에서 비드(10)를 이동시키는데 사용된다. 그러나, 게다가, 고정 외부 자기장(He)은 예를 들어, 영구 자석, 전자석 또는 코일 장치와 같은 외부 자기 소스(18)에 의해 인가된다. 도 5a는 디바이스(34)의 이 실시예를 통한 단면도이고, 도 5b는 2개의 사행형 와이어(36a, 36b)를 포함하는 전류 와이어 구조체(36) 및 이 디바이스(34) 내에 사용된 비드(10)의 초기 위치를 도시한다. 도 5c는 이 실시예에 사용을 위한 전류 구동 체계, 즉 시간(t)의 함수로서 와이어에 인가된 구동 전류(Ia, Ib)를 도시한다.
시간 0에서, 와이어(36a)는 "스위칭 온"되고, 비드(10)는 도 3a 및 도 3b를 참조하여 전술된 원리에 따라 고정 외부 자기장(He) 및 포지티브 전류(+Ia)에 의해 발생된 국부 자기장의 조합에 기인하여 이것이 위치되는 이 와이어에 의해 끌어당겨진다. 이후에, 와이어(36a)는 "스위칭 오프"되고, 와이어(36b)는 스위칭 온(포지티브 전류 +Ib로)된다. 전류(Ib) 및 외부 자기장(He)이 배향되는 방식은 이제 비드(10)가 그 좌측으로 와이어(36b)의 와이어 세그먼트(36b1)에 의해 반발될 수 있게 하고, 반면에 이는 그 우측으로 와이어(36b)의 와이어 세그먼트(36b2)에 의해 끌어당겨진다. 따라서, 비드(10)는 우측으로 이동한다. 이어서, 와이어(36b)는 "스위칭 오프"되고 와이어(36a)는 재차 "스위칭 온"되지만 제 1 단계에 비교하여 대향 방향에서 흐르는 전류 -Ia를 갖는다. 이는 재차 비드(10)가 우측으로 이동할 수 있게 한다. 도 5c에 도시된 구동 체계에 의해 규정된 후속의 단계는 항상 비드(10)를 우측으로 구동시키고, 이는 또한 실험적으로 입증되어 있다.
유사한 방식으로, 비드(10)는 도 6에 도시된 다이어그램에 도시된 바와 같이 구동 체계의 변경에 의해 좌측으로 이동되도록 이루어질 수 있다. 이 구동 체계는 도 5b에 도시된 전류 와이어 구조체(36)에 적용될 수 있다. 도 5c에 도시된 구동 체계와의 차이는 단지 전류 신호(Ia, Ib)의 극성이다.
이전의 도면에 도시된 구동 체계의 조합은 도 7에 도시되어 있는 전류 와이어 방향에 수직인 라인을 따라 임의의 방향에서 비드의 수평 이동을 가능하게 한다. 시간 0으로부터 시작하여, 구동 체계는 비드(10)가 좌측으로부터 우측으로 초기에 이동하도록 이루어진다. 그러나, 시간 t1에서, 양 구동 신호(Ia, Ib)의 극성은 플립되고 비드(10)가 좌측으로 이동하기 시작한다. 실제로, 임의의 시간 지점에서 비드(10)의 이동 방향은 구동 체계의 적절한 조정에 의해 변경될 수 있다.
비드의 평균 속도는 와이어의 스위칭 기간을 변경함으로써 그리고 와이어를 통한 전류의 크기를 변경함으로써 수정될 수 있다. 예를 들어 전자기 코일과 같은 조정 가능한 수단이 외부 필드를 생성하기 위해 사용되면, 비드 이동은 또한 인가된 외부 필드의 변경에 의해 수정될 수 있다.
전류 와이어 구조체(38)의 다른 실시예가 도 8에 도시된다. 이는 전류 와이어의 2개의 쌍(40, 42)의 2개의 세트(40a, 40b 및 42a, 42b) 및 고정 균일 외부 자기장(He)의 조합을 포함한다. 2개의 쌍(40, 42)은 서로 수직으로 배향되고(그러나, 2개의 쌍의 평면에 수직인 회전축 주위로 90도 이외의 다른 각도 변위가 또한 가능함), 이는 운반 표면 상에서의 비드(10)의 이동의 완전한 자유도를 가능하게 한다. 와이어를 위한 구동 체계의 적절한 스위칭에 의해, 비드(10)는 임의의 궤도를 따라 운반 표면 상에서 이동될 수 있다.
도 9는 도 5b에 도시된 전류 와이어 구조체(36)의 실시예와 함께 사용될 수 있는 구동 체계의 실시예를 도시하고, 이는 이하에 설명되는 염기 서열 결정 용례를 위해 관련되는 표면 상에서 "홉핑"하거나 심지어 우물 내외에서 점프하도록 비드(10)를 강제하는 것이 심지어 가능할 수 있도록 한다. 이 이유는 도 3b에 도시된 상황에서, 척력이 단지 수평 방향에서만 작용할 뿐만 아니라 수직 방향에서도 작용하는데, 즉 비드가 전류 와이어가 그 아래에 일체화되는 운반 표면으로부터 이격하여 "상승력"을 경험하기 때문이다. 도 9에 도시된 구동 체계는 비드(10)가 운반 표면 상에서 홉핑할 수 있게 할 수 있다.
시간 0(t0)에, 와이어(36a)는 스위칭 온되고, 도시된 자기 비드(10)는 이것이 위치되는 와이어 세그먼트에 의해 끌어당겨진다. 시간 t1에, 와이어(36a)를 통한 전류 방향은 변경되고, 이는 비드(10)가 이것이 위치되는 와이어(36a)로부터 표면으로부터 이격하여 반발하게 되도록, 즉 상향으로 가압되게 한다. 동시에, 와이어(36b)는 스위칭 온되고(포지티브 전류 +Ib를 갖고), 이는 비드(10)를 우측으로 끌어당긴다. 이는 비드(10)가 와이어(36b)의 가장 근접한 와이어 세그먼트에 도달할 때까지 우측으로 "홉핑"할 수 있는 것을 의미한다. 다음에, 시간 t2에, 와이어(36b) 내의 전류 방향은 비드(10)가 그로부터 반발하도록 플립된다. 와이어(36a) 내의 전류(Ia)는 여전히 스위칭 온되고 이는 이 경우에 동시에 우측으로 작용하는 힘을 발생시킨다. 따라서, 비드(10)는 우측으로 재차 홉핑한다.
따라서, 도 9에 도시된 구동 체계에서, 비드(10)는 우측으로 계속 홉핑할 수 있다. 홉핑의 방향은 비드가 스위칭의 순간에 위치되지 않는 와이어를 통해 전류의 극성을 변경함으로써 임의의 시간 순간에 변경될 수 있다. 전류 와이어(36a, 36b)가 마이크로 우물 내에 또는 그 아래에 위치되면, 하나의 우물로부터 이웃하는 우물로 비드가 점프하게 하는 가능성이 있을 수 있다.
전술된 모든 실시예에서, 외부 필드는 고정된 것으로 가정된다. 이를 생성하기 위해 전자기 코일이 사용되면, 시간 내에 이를 제어하는 자유도가 존재한다. 이는 와이어 내의 전류가 예를 들어 제 4, 제 5, 제 6, 제 7, 제 9 실시예에서 방향에서 스위칭되는 상황에서, 외부 필드 방향이 플립되어(전류 와이어 방향 대신에) 동일한 효과를 성취하는 것을 의미한다. 이 경우에, 외부 필드의 스위칭은 와이어 전류 사이의 스위칭으로 적절하게 타이밍 조절되어야 한다.
전술된 개념은 자기 비드가 제어된 방식으로 표면 상에 집합적으로 조작될 필요가 있는 임의의 용례에 대해 유용하다. 특히, 비드가 DNA 스트랜드를 위한 기판이면, 표면은 염기 서열 결정 단계를 위해 요구된 시약이, 자기 또는 자화 가능 비드를 포함하는 샘플을 조작하기 위해, 특히 운반 표면 상에 자기 또는 자화 가능 비드를 운반하기 위한 디바이스를 포함하는 염기 서열 결정 또는 핵산 시험을 위해 마이크로 유체 장치(44), 특히 DNA 염기 서열 결정 장치를 도시하는 도 10에 도시된 바와 같이 규칙적인 패턴으로 표면 상에 편성된다.
도 10에 도시된 장치(44)의 실시예는 임의의 2차원 방향에서 비드(10)의 이동을 허용하는 도 8에 도시된 바와 같은 와이어 구조체(38)로서 포함된다. 또한, 사행형 전류 와이어(40a, 40b, 42a, 42b)의 모든 세트를 위한 전류를 생성하고 스위칭하기 위한 스위칭 유닛(32), 뿐만 아니라 외부 자기장(He)을 생성하기 위한(바람직하게는, 수정하기 위한) 자기장 생성 수단(18)이 도시되어 있다.
자기장 생성 수단(18)은 일반적으로 영구 자석일 수 있지만, 이 실시예에서 이들은 자기장(He)이 수정될 수 있도록 전자기 코일에 의해 구현되는 것이 바람직하다. 이 목적으로, 코일을 위한 제어 전류가 제어될 수 있는 코일 제어 유닛(46)이 부가적으로 제공된다. 따라서, 자기장(He)의 방향(및/또는 강도)은 사용자에 의해 바람직하게 변경 가능하다. 대안적으로 또는 추가로 또한 사행형 전류 와이어로의 전류는 바람직하게는 인터페이스(도시 생략)를 통해 사용자에 의해 설정되거나 변경될 수 있다.
이러한 코일 및 코일 제어 수단은 또한 외부 자기장(He)의 방향(및/또는 강도)이 수정되어야 하는 다른 실시예에 제공될 수 있다는 것이 주목될 수 있다.
이러한 장치에 의해, 시약은 표면의 표면 에너지 패터닝을 통해 표면(즉, 소수성-친수성 영역) 상에 배열된 액적 내에 포함될 수 있고 또는 이들은 표면 상에 존재하는 마이크로 우물 내에 존재할 수 있다. 비드, 및 따라서 염기 서열 결정될 DNA 스트랜드는 하나의 염기 서열 결정 위치로부터 다른 염기 서열 결정 위치로 운반될 수 있고, 염기 서열 결정 반응이 발생될 수 있다. 염기 서열 결정 접근법은 뉴클레오티드의 성공적인 포함이 형광 신호를 생성하는 "파이로시퀀싱(pyrosequencing)"일 수 있다. (광학) 검출을 통해, 프로세스가 기록될 수 있고, DNA 염기 서열이 연역된다. 대안적으로, 염기 서열 결정 프로세스는 형광 표지된 뉴클레오티드의 혼입을 수반할 수 있다. 또한, 염기 서열 결정 프로세스는 나노기공 염기 서열 결정에 의해 행해질 수 있다. 염기 서열 결정 프로세스에서, 이 경우에, 비드는 나노기공을 통해 통과하기에는 너무 크기 때문에 DNA는 비드로부터 분리되어야 한다. 비드에 의한 운반은 개별 스트랜드를 나노기공 염기 서열 결정 유닛으로 유도하기 위해 디바이스 내에서 소정의 방식으로 수반될 수 있다.
따라서, 본 발명은 일반적으로 비드가 제어된 방식으로 표면 상에 집합적으로 조작될 필요가 있는 임의의 (마이크로 유체) 시스템에 적용될 수 있다. 특히, 본 발명은 수반된 염기 서열 결정 단계, 뿐만 아니라 샘플 준비 단계, 예를 들어 핵산 시험에서 DNA 추출 단계를 제어하기 위해 DNA 염기 서열 결정 디바이스에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 다수의 생화학적 분석 유형을 위해 사용된 자기 바이오센서에 적용될 수 있다.
본 발명이 도면 및 상기 상세한 설명에 상세히 도시되고 설명되어 있지만, 이러한 도시 및 설명은 한정적인 것이 아니라 예시적이거나 설명적인 것으로 고려되고, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되는 것은 아니다. 개시된 실시예의 다른 변형이 도면, 상세한 설명 및 첨부된 청구범위의 연구로부터 청구된 발명을 실시하는 기술 분야의 숙련자들에 의해 이해되고 실행될 수 있다.
청구범위에서, 용어 "포함하는"은 다른 요소 또는 단계를 배제하는 것은 아니고, 단수 표현은 복수를 배제하는 것은 아니다. 단일 요소 또는 다른 유닛이 청구범위에 인용된 다수의 항목의 기능을 충족할 수 있다. 단지 특정 수단이 서로 상이한 종속 청구항에 인용되어 있는 사실은 이들 수단의 조합이 장점을 갖고 사용될 수 없다는 것을 지시하는 것은 아니다.
청구범위의 임의의 도면 부호는 범주를 한정하는 것으로서 해석되어서는 안된다.
10: 비드 12: 운반 표면
14: 운반 요소 16a, 16b, 16c, 16d: 전류 와이어
17: 기판 22: 와이어
26: 챔버 30: 와이어 평면
36: 전류 와이어 구조체 36a, 36b: 와이어

Claims (15)

  1. 운반 표면(12) 상에서 자기 또는 자화 가능 비드들(10)을 운반하기 위한 디바이스(24)로서,
    - 유체(28) 내에 자기 또는 자화 가능 비드들(10)을 포함하는 챔버(26)와,
    - 상기 비드들(10)이 그 상부에서 운반될 수 있는 상기 챔버(26) 내의 상기 운반 표면(12)을 포함하는 운반 요소(14)와,
    - 상기 운반 표면(12)에 대향하여 상기 운반 요소(14)의 측면 상에 배열된 사행형 전류 와이어의 적어도 2개의 세트들(20a, 20b, 20c)을 포함하는 전류 와이어 구조체(20)로서, 상기 적어도 2개의 세트들(20a, 20b, 20c)은 적어도 2개의 방향들에서 서로에 대해 변위되는 상기 전류 와이어 구조체(20)와,
    - 전류 구동 체계에 따라 상기 전류 와이어의 세트들에 개별적으로 인가된 전류들(Ia, Ib, Ic)을 개별적으로 스위칭하여 상기 운반 표면(12) 상에서 상기 비드들(10)의 운반을 초래하는 스위칭 유닛(32)을 포함하는 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 사행형 전류 와이어의 세트들(20a)은 상기 운반 표면(12)에 평행한 와이어 평면(30) 내에, 특히 상기 운반 표면(12)에 대향하는 상기 운반 요소(14)의 표면 상에 실질적으로 배열되는 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 사행형 전류 와이어의 세트들(20a, 20b, 20c)은 상기 와이어 평면(30) 내에 2개의 직교하는 방향들에서 변위되는 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 와이어 구조체(20)는 상기 운반 표면(12)에 대향하는 상기 운반 요소(14)의 측면 상에 배열된 사행형 전류 와이어들의 적어도 3개의 세트들(20a, 20b, 20c)을 포함하고, 상기 적어도 3개의 세트들은 적어도 2개의 방향들에서 서로에 대해 변위되는 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 운반 표면(12)에 실질적으로 평행한 방향에서 고정 실질적으로 균일한 자기장(30)을 생성하기 위한 고정 자기장 생성 수단(18)을 추가로 포함하고,
    상기 전류 와이어 구조체(36)는 사행형 전류 와이어의 2개의 세트들(36a, 36b)을 포함하는 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 유닛(32)은 전류 와이어의 상기 세트들(20a, 20b, 20c)에 개별적으로 인가된 상기 전류들(Ia, Ib, Ic)을 스위칭하기 위해 적용되어 상기 세트들이 0이 아닌 전류를 갖는 위상과 0 전류를 갖는 위상으로 이루어지는 주기적인 전류 신호를 개별적으로 구비하게 되고, 상기 개별 세트들에 대한 전류 신호들은 비네거티브 전류가 단지 동시에 하나의 전류 신호에 존재하도록 적시에 변위되는 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 개별 세트들에 제공된 전류 신호들(Ia, Ib, Ic)은 동일하지만 적시에 변위되고, 상기 적시의 변위는 적시의 변위가 가장 멀리 변위되는 세트들에 제공되는 전류 신호들에 대해 가장 큰 방식으로 운반 방향에서 전류 와이어의 세트들(20a, 20b, 20c)의 변위와 상관되는 디바이스.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 스위칭 유닛(32)은 상기 비드들(10)의 운반 방향을 선택하기 위해 전류 신호들(Ia, Ib, Ic)의 극성을 선택하기 위해 적용되는 디바이스.
  9. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 스위칭 유닛(32)은 상기 비드들(10)의 운반 방향을 변경하기 위해 적어도 하나의 전류 신호(Ia, Ib, Ic)의 극성을 스위칭하기 위해 적용되는 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 와이어 구조체(38)는 상기 운반 표면(12)에 대향하는 상기 운반 요소(14)의 측면 상에 배열된 사행형 전류 와이어의 적어도 2개의 제 1 세트들(40a, 40b)의 제 1 그룹(40)으로서, 상기 적어도 2개의 제 1 세트들은 적어도 2개의 방향들에서 서로에 대해 변위되는 상기 제 1 그룹(40)과, 상기 운반 요소(14)의 동일한 측면 상에 배열된 사행형 전류 와이어의 적어도 2개의 제 2 세트들(42a, 42b)의 제 2 그룹(42)으로서, 상기 적어도 2개의 제 2 세트들은 적어도 2개의 방향에서 서로에 대해 변위되는 상기 제 2 그룹(42)을 포함하고,
    전류 와이어의 상기 제 1 그룹 및 상기 제 2 그룹(40,42)은 상기 운반 표면에 수직하는 회전축 주위로 서로에 대해서 특히 90도 만큼 회전하여 배열되는 디바이스.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 유닛(32)은 상기 전류 와이어의 세트(36a, 36b)에 개별적으로 인가된 상기 전류들(Ia, Ib)을 스위칭하기 위해 적용되어서 상기 세트들이 개별적으로 포지티브 전류를 갖는 위상과 네거티브 전류를 갖는 위상을 포함하는 주기적인 전류 신호를 구비하게 되고, 상기 개별 세트들을 위한 전류 신호들은 상이한 전류 신호들, 특히 이웃하는 전류 와이어들에 제공된 전류 신호들의 포지티브 및/또는 네거티브 위상들이 서로 중첩하도록 적시에 변위되는 디바이스.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 운반 표면(12)에 실질적으로 평행한 방향에서 실질적으로 균일한 자기장(30)을 생성하기 위한 한 세트의 코일들(18), 및
    상기 운반 표면(12)에 평행한 평면 내의 상기 자기장(30)의 방향을 변경하기 위해 코일들의 세트를 제어하기 위한, 특히 2개의 대향 방향들 사이에서 상기 자기장(30)의 방향을 플립하기 위한 코일 제어 수단(46)을 추가로 포함하는 디바이스.
  13. 운반 표면(12) 상에서 자기 또는 자화 가능 비드들(10)을 운반하기 위한 방법으로서,
    - 유체(28) 내에 자기 또는 자화 가능 비드들(10)을 제공하는 단계와,
    - 상기 운반 표면(12)에 대향하여 운반 요소(14)의 측면 상에 배열된 사행형 전류 와이어의 적어도 2개의 세트들(20a, 20b, 20c)를 포함하는 전류 와이어 구조체(20)에 전류를 인가하는 단계로서, 상기 적어도 2개의 세트들(20a, 20b, 20c)은 적어도 2개의 방향들에서 서로에 대해 변위되고, 상기 운반 요소(14)는 상기 비드들(10)이 그 위에서 운반될 수 있는 상기 챔버(26) 내의 상기 운반 표면(12)을 포함하는 상기 전류 인가 단계와,
    - 전류 구동 체계에 따라 상기 전류 와이어의 세트들에 개별적으로 인가된 전류들을 개별적으로 스위칭하여 상기 운반 표면(12) 상에서 상기 비드들(10)의 운반을 초래하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 자기 또는 자화 가능 비드들(10)을 포함하는 샘플을 조작하기 위한, 특히 염기 서열 결정 또는 핵산 시험을 위한 마이크로 유체 장치, 특히 DNA 염기 서열 결정 장치 또는 면역 분석 장치로서, 제 1 항에 따른 운반 표면(12) 상에서 자기 또는 자화 가능 비드들(10)을 운반하기 위한 디바이스(24, 34)를 포함하는 장치.
  15. 제 1 항에 따른 운반 표면(12) 상에서 자기 또는 자화 가능 비드들(10)을 운반하기 위한 디바이스(24)에 구동 전류들을 제공하기 위한 구동 유닛(32)으로서, 상기 구동 유닛은 전류 구동 체계에 따라 상기 전류 와이어의 세트들에 개별적으로 인가된 전류들(Ia, Ib, Ic)을 개별적으로 스위칭하기 위해 적용되어 상기 운반 표면(12) 상에서 상기 비드들(10)의 운반을 초래하고, 상기 구동 유닛(32)은 상기 전류들(Ia, Ib, Ic)을 스위칭하기 위해 적용되어 상기 세트들이 0이 아닌 전류를 갖는 위상과 0 전류를 갖는 위상으로 이루어진 주기적인 전류 신호를 개별적으로 구비하게 되는 구동 유닛.
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