KR20120085807A - 가열, 쉐이킹, 및 자화 장치와 그의 작동 방법 - Google Patents

가열, 쉐이킹, 및 자화 장치와 그의 작동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 샘플 튜브에서 액상 샘플을 처리하기 위한 장치를 제공한다. 상기 장치는 베이스와, 샘플 튜브를 수용하기 위한 용기와, 상기 용기에 선택적으로 열을 인가하기 위해 상기 베이스에 결속된 가열 부분을 포함한다. 쉐이킹 부분이 상기 베이스에 결속되고 또한 상기 용기를 지지한다. 상기 쉐이킹 부분은 상기 베이스에 대해 상기 용기를 선택적으로 교반시킨다. 자화 부분이 상기 베이스에 결속되고 또한 상기 용기에 대해 자기장을 선택적으로 변화시키기 위해 이동될 수 있다.

Description

가열, 쉐이킹, 및 자화 장치와 그의 작동 방법{HEATING, SHAKING, AND MAGNETIZING APPARATUS AND METHOD OF OPERATING THE SAME}
본 출원은 2009년 10월 16일자로 출원되고, 그의 내용 전체가 본원에 참고를 위해 삽입된 미국 가특허출원 제 61/252,390호의 권리를 주장한다.
본 발명은 실험실용 샘플 처리 장비에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 혈액 또는 다른 액상 샘플들을 다단계 처리하기 위한 장치에 관한 것이다.
다량의 샘플로부터 DNA와 같은 생체 분자를 정화함에 있어서, 조직적 신뢰성을 증가시키면서 처리 시간은 감소시킬 필요성이 있다. 현재의 관행에 있어서, 8개의 샘플 튜브들이 랙들에 보유되고, 상기 랙들은 상기 샘플 처리 과정 동안 수차례 가열 스테이션으로부터 자석 스테이션 및 쉐이커(shaker) 스테이션으로 이동된다. 이 방법에 대한 하나의 대안으로는 큰 원심 분리기의 사용이 있다.
그러나, 상기 원심 분리기 방법의 결점은 개방 튜브들로부터 혼합 오염의 가능성, 덤핑 튜브에서의 펠릿의 손실, 및 상기 원심 분리기로부터 튜브들을 자동적으로 추가 및 제거하는 것과 관련된 일반적인 신뢰성 및 액체 처리 문제에 있다.
한 실시예에서, 본 발명은 샘플 튜브에서 액상 샘플을 처리하기 위한 장치를 제공한다. 상기 장치는 베이스와, 상기 베이스와 관련한 이동을 위해 상기 베이스에 결속되는 플랫폼, 및 플랫폼 구동 조립체를 포함한다. 상기 플랫폼 구동 조립체는 상기 플랫폼에 결속된 궤도 드라이브와 상기 베이스에 결속되는 플랫폼 구동 모터를 포함한다. 용기가 상기 플랫폼에 고정적으로 결속된다. 상기 용기는 상기 샘플 튜브를 수용하고 또한 상기 샘플 튜브에 선택적으로 열을 인가하기 위한 가열 부분을 포함한다. 자화 부분이 상기 베이스에 이동 가능하게 결속된다. 상기 자화 부분은 상기 용기에 대한 제 1 자기장 방향 및 상기 용기에 대한 제 2 자기장 방향을 갖는 영구 자석을 포함한다. 상기 제 1 자기장 방향과 상기 제 2 자기장 방향 사이에서 상기 영구 자석을 이동시키기 위해, 자석 드라이브가 상기 플랫폼과 상기 자화 부분에 결속된다.
또 다른 실시예에 있어서, 본 발명은 복수의 샘플 튜브들을 선택적으로 가열, 쉐이킹, 및 자화시키기 위한 장치를 제공한다. 상기 장치는 베이스 부재, 구동 모터 및 상기 구동 모터에 결속된 궤도 쉐이커 조립체를 포함하는 구동 조립체, 및 상기 베이스 부재에 대한 궤도 운동을 위해 상기 궤도 쉐이커 조립체에 결속되는 히터 블록 조립체를 포함한다. 상기 히터 블록 조립체는 샘플 튜브를 수용하기 위한 복수의 구멍들을 갖는 히터 블록, 및 상기 샘플 튜브들에 열을 인가하기 위해 상기 히터 블록에 열적으로 결속되는 전기 히터를 포함한다. 자석 조립체는 자기장을 갖는 자석 및 제 1 자기장 방향과 제 2 자기장 방향 사이에서 상기 자석을 이동시키기 위해 상기 베이스에 결속되는 드라이브를 포함한다. 제어기는 상기 전기 히터를 선택적으로 동력화하고, 상기 구동 조립체를 선택적으로 작동시키고, 또한 상기 제 1 자기장 방향과 상기 제 2 자기장 방향 사이에서 상기 자석을 선택적으로 이동시킨다.
또 다른 실시예에 있어서, 본 발명은 복수의 각각의 샘플 튜브들에 의해 지지되는 복수의 샘플들을 가열, 쉐이킹, 및 자화시키기 위한 방법을 제공한다. 상기 방법은 베이스, 상기 베이스에 이동 가능하게 결속되며 또한 상기 샘플 튜브들을 수용하기 위한 복수의 용기들 및 가열 부분을 포함하는 쉐이킹 부분, 및 상기 베이스에 결속되는 자화 부분을 포함하는 장치에 의해 수행된다. 상기 자화 부분은 복수의 자석들을 포함한다. 상기 방법은 상기 복수의 용기들을 갖는 복수의 샘플 튜브들을 수용하는 단계와, 상기 가열 부분을 갖는 복수의 샘플 튜브들을 가열하는 단계를 포함한다. 상기 자화 부분은 제 1 위치로부터 제 2 위치로 회전된다. 상기 제 2 위치는 상기 복수의 샘플들에 실질적인 자속(magnetic flux)을 제공하고, 상기 제 1 위치는 상기 복수의 샘플들에 비실질적인(insubstantial) 자속을 제공한다. 상기 복수의 샘플들은 상기 복수의 자석들과 함께 자화되며, 상기 자화된 부분들은 상기 제 2 위치에 위치하게 된다. 상기 자화 부분은 상기 제 2 위치로부터 상기 제 1 위치로 회전된다. 상기 복수의 샘플 튜브들은 상기 쉐이킹 부분과 함께 쉐이킹되며, 상기 자화 부분은 상기 제 1 부분에 위치된다.
본 발명의 또 다른 양태들은 상세한 설명과 첨부된 도면들을 고려하면 명백해질 것이다.
도 1은 가열, 쉐이킹, 및 자화 장치의 한 실시예에 대한 사시도.
도 2a는 도 1의 운송 랙 및 랙 스탠드에 대한 사시도.
도 2b는 도 2a의 운송 랙의 다른 구성에 대한 분해도.
도 3은 제거된 항-오염 커버 및 하우징을 갖는, 도 1의 장치의 히터/쉐이커/자화기에 대한 사시도.
도 4는 도 1의 장치의 쉐이커 구동 조립체에 대한 사시도.
도 5는 도 4의 쉐이커 구동 조립체에 대한 분해도.
도 6은 도 1의 장치의 히터 블록 조립체에 대한 사시도.
도 7a는 도 6의 히터 블록 조립체의 하나의 히터 블록에 대한 분해도.
도 7b는 도 7a의 히터 블록의 알루미늄 코어에 대한 다른 사시도.
도 8은 도 1의 장치의 자석 구동 조립체의 사시도.
도 9는 도 8의 자석 구동 조립체의 하나의 자석 조립체에 대한 분해도.
도 10a는 도 9의 자석 조립체의 하나의 실시예의 자기장에 대한 사시도.
도 10b는 도 9의 자석 조립체의 다른 실시예의 자기장에 대한 사시도.
도 11은 도 1의 장치의 제어 회로에 대한 기능성 블록 다이어그램.
본 발명의 어떠한 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 본 발명은 다음의 상세한 설명과 다음의 도면들에서 개시하고 있는 구성 요소들의 구성과 장치의 상세 설명으로 그의 용례가 제한되지 않음을 이해해야 할 것이다. 본 발명은 다른 실시예들이 가능하며, 다양한 방식으로 적용 및 수행될 수 있다.
한 실시예에서, 본 발명은 액상 샘플들을 처리하기 위한 가열, 쉐이킹, 및 자화 장치(5)를 제공한다. 도 1은 히터/쉐이커/자화기("HSM") 장치(또는 모듈)(10) 및 관련 지지 장비를 포함하는 장치(5)의 사시도이다. 종래의 교류직류 파워 서플라이(15)가 교류 라인 서플라이로부터 소정의 전압하에서 직류 전압을 제공하기 위해 HSM(10)에 연결된다. 도시된 구성에 있어서, 상기 파워 써플라이(15)는 복수의 통풍 루버(louver)(20)들 및 상기 파워 서플라이(15)의 공기 냉각을 위한 팬 포트들(25)을 포함한다. 케이블(30)이 상기 HSM(10) 내에 통합될 수 있다.
도 2a에서 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, 운송 랙(35a) 및 랙 스탠드(40)가 추가로 제공된다. 상기 랙 스탠드(40)는 편평한 바닥부(45)와 제 1 및 제 2 수직 상승부(vertical riser)들(50, 55)을 갖는다. 도시된 구성에 있어서, 상기 바닥부(45)와 상승부(50, 55)는 금속 시트 스톡(metal sheet stock)의 단일편을부터 일체로 형성된다. 다른 구성에 있어서, 상기 랙 스탠드(40)는 플라스틱이나 금속을 포함하는 다양한 재료들로부터, 사출 성형, 스탬핑, 밴딩 및 압출을 포함하는 다양한 수단들에 의해 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 상승부(50, 55)는 그 안에 형성된 복수의 컷아웃 윈도우들(60)을 가질 수 있다. 고무 또는 플라스틱 피트(feet; 65)가 상기 랙 스탠드(40)가 미끄러지는 것을 방지하고 또한 상기 바닥부(45)를 실험대 또는 다른 표면으로부터 상승시키도록 상기 바닥부(45)에 고정된다. 상기 제 1 및 제 2 상승부들(50, 55)의 상부 에지들을 따라, 컷오프들(70)이 상기 운송 랙(35)을 수용 및 보유하도록 형성된다.
상기 운송 랙(35a)은 상부면(75a)과 4개의 수직 에지면(80, 85, 90, 95)을 갖는 장방형 평면이다. 제 1 및 제 2 에지면들(80, 85)을 따라, 탭 부재들(100)이 측면으로 외향 연장한다. 상기 탭 부재들(100)의 크기는 상기 탭 부재들이 상기 랙 스탠드의 제 1 및 제 2 상승부들의 대응하는 컷아웃들(70) 내에 내포되도록 구성된다. 상기 랙의 상부면(75a)은 그 안에 형성된 복수의 원형 구멍들(105)을 갖는다. 상기 복수의 구멍들은 행렬로 구성된 어레이(110a)를 형성한다. 상기 구멍들(105)은, 원통형 또는 원뿔형 샘플 튜브의 표면과 같은, 컨테이너의 표면을 수용 및 결합하기 위한 크기를 가질 수 있다. 도시된 구성에 있어서, 상기 구멍들(105)은, 10ml의 혈액 샘플을 처리하기 위해 사용되는 것과 같은, 50ml의 원뿔형 튜브를 수용 및 결합하기 위한 크기를 갖는다.
도 2b는 운송 랙(35b)의 다른 구성을 설명한다. 바닥 평면 부재(111)가 상기 상부면(75b) 아래 및 상기 상부면과 평행하게 위치될 수 있다. 복수의 나사식 스탠드-오프(stand-off)들(112)이 상기 바닥 평면 부재(111)와 상부면(75b)를 분리시키며, 복수의 나사식 패스너들(113)은 상기 운송 랙(35b)을 강성 3차원 구조체로서 함께 고정된다. 상기 제 2 평면 부재(111)는 상부면 어레이(110b)와 유사하고 또한 그와 함께 정렬되는 어레이(114)를 갖는다. 상기 제 2 평면 부재(111)는 상기 운송 랙(35b)이 상기 HSM(10) 상의 위치 내로 하강함에 따라 샘플 튜브들을 포획 및 정렬시키도록 작용한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 HSM(10)은 하우징(115)을 포함한다. 도시된 구성에 있어서, 상기 하우징(115)의 부분들은 알루미늄 시트 스톡로부터 형성된다. 다른 구성에 있어서, 상기 하우징(115)은 성형 플라스틱 또는 다른 재료를 포함할 수 있다. 제어 패널(120)이 상기 장치의 전방면에 고정된다. 상기 제어 패널(120)은 상기 장치(5)의 작업 모드를 선택하기 위한 복수의 제어 버튼들(125), 및 온도 설정 포인트, 쉐이커 속도, 및 자석 위치와 같은 파라미터들을 디스플레이하기 위한 LED, LCD, 또는 다른 타입의 디스플레이(130)를 포함한다. 도시된 구성에 있어서, 상기 장치(5)를 프로그래밍 및 작동시키기 위해 4개의 버튼들(125)이 제공된다. "엔터(enter)" 버튼은 할당된 기능들을 실행한다. "에스케이프(escape)" 버튼은 실행 중인 기능을 삭제하거나 또는 디스플레이 상의 이전 메뉴로 복귀한다. "업" 버튼은 디스플레이 커서를 위로 이동시키거나 또는 커맨드 온(command ON)시킨다. "다운" 버튼은 상기 커스를 아래로 이동시키거나 또는 커맨드 다운시킨다. 다른 구성에 있어서, 상기 제어 패널(120) 상의 버튼들의 수와 기능은 다를 수 있거나 또는 상기 제어 패널(120)이 상기 장치(5)의 다른 표면 상 또는 원격 제어 및 작동을 위해 외부에 위치될 수 있다.
복수의 원형 구멍들(135)은 상기 HSM(10)의 항-오염 커버(140)를 통해 연장한다. 상기 구멍들(135)은 예를 들면 이미 설명된 원뿔형 샘플 튜브들과 같은 복수의 컨테이너들을 수용하기 위한 크기로 배열된다. 상기 항-오염 커버(140)의 구멍들(135)의 어레이는, 컨테이너들을 갖는 운송 랙(35a,35b)이 상기 HSM(10)의 대응하는 구멍들(135) 내로 낮아질 수 있도록, 상기 운송 랙(35)에 의해 나타나는 어레이와 일치한다. 상기 운송 랙(35a, 35b)은 상기 항-오염 커버(140)의 외부 둘레를 둘러싸는 상기 운송 랙(35a, 35b)의 에지면들(80, 85, 90, 95)에 의해 상기 항-오염 커버(140) 상에 보유된다. 또한, 상기 운송 랙(35a, 35b)에서 운반된 컨테이너들은, 상기 운송 랙(35a, 35b)이 상기 항-오염 커버(140) 위로 낮아짐에 따라, 상기 랙을 상기 항-오염 커버 구멍들 내에 정렬 및 보유시키기 위해 작용한다. 도 1 및 도 2a에 도시된 구성에 있어서, 상기 운송 랙(35a) 상의 4개의 스크류들(145)이 상기 항-오염 커버(140)의 표면에 제공된 4개의 나사식 구멍들(150)을 통해 상기 운송 랙을 상기 항-오염 커버(140)에 고정시키기 위해 제공된다. 일부 구성에 있어서, 에지면들(80, 85, 90, 95)이 샘플 쉐이킹 작업 동안 상기 항-오염 커버(140)에 상기 운송 랙(35a)의 충분한 보유력을 제공하여, 상기 캡티브(captive) 스크류들(145)의 여분을 갖게 한다.
도 3은 항-오염 커버(140)와 하우징(115)의 부분이 제거된 HSM(10)을 설명한다. 도시된 바와 같이, 복수의 평행한 히터 블록들(155)이 쉐이커 플랫폼(160)에 고정적으로 부착되어 있다. 상기 쉐이커 플랫폼(160)은 쉐이커 구동 조립체(165)(도 4)에 의해 구동된다. 한 쌍의 회전 가능한 자석 조립체들(170)(도 8)이 벨트 풀리 시스템을 갖는 별도의 자석 구동 조립체(175)에 의해 구동된다.
도 4 및 도 5는 상기 HSM(10)의 쉐이커 구동 조립체(165)에 대한 하나의 구성을 설명한다. 상기 하우징(115)의 강성 베이스 플레이트(180)가 상기 HSM(10)의 소조립 부품을 위한 안정된 장착 플랫폼을 제공한다. 직류 쉐이커 모터(185)가 쉐이커 모터 하우징(188) 내에 장착된다. 상기 직류 쉐이커 모터(185)는 소정의 샘플 부하에 기초한 다양한 크기와 형태들로 구성될 수 있다. 도시된 구성에 있어서는, 부러시없는(brushless) 직류(BLDC) 모터가 사용된다. 상기 쉐이커 모터 샤프트가 모터 풀리를 통해 쉐이커 구동 벨트(190)에 연결된다. 상기 쉐이커 구동 벨트(190)는 스핀들 하우징(195)에 있는 스핀들 풀리 둘레를 둘러싼다. 상기 스핀들 풀리는 샤프트를 통해 편심 캠(200)에 연결된다. 상기 캠은 회전 중심 축으로부터 기하학적으로 벗어난 원통형상을 가짐으로써, 외부 방사상 표면이 회전하는 동안 소망의 편심을 갖도록 한다. 상기 캠(200) 둘레의 원통형 베어링(205)은 회전하는 동안 쉐이커 스핀들(210)을 지탱하여, 상기 쉐이커 스핀들(210)이 궤도 패턴으로 진동하게 한다. 상기 쉐이커 스핀들(210)은 상기 쉐이커 스핀들의 대향하는 측면들 상에서 제 1 쌍의 평행 판 스프링들(220)을 통해 밸런서 하우징(215)에 탄성적으로 장착된다. 상기 밸런서 하우징(215)은 제 2 쌍의 대향하는 판 스프링들(225)을 통해 상기 베이스 플레이트(180)에 탄성적으로 장착되며, 상기 제 2 쌍의 평행한 판 스프링들은 상기 제 1 쌍의 판 스프링들과 수직으로 장착된다. 상기 제 2 쌍의 판 스프링들(225)은 한 쌍의 강성 스프링 마운트들(230)을 통해 상기 베이스 플레이트(180)에 장착되고, 복수의 나사식 패스너들(235)을 통해 상기 베이스 플레이트(180)에 볼트체결된다. 도시된 구성에 있어서는, 3개의 소켓 헤드 캡 스크류들이 사용된다. 다양한 대안적 구동 매커니즘이 가능하다는 사실을 인식해야만 한다. 예를 들어, 다른 실시예들은 본원에 설명된 풀리나 벨트가 없는 상기 스핀들의 직접 구동을 가질 수도 있다.
일부 구성들에 있어서는, 쉐이커 홈 위치 센서(240)가 제공된다. 아래에서 더욱 상세히 설명되고 있는 바와 같이, 상기 홈 위치 센서는 상기 이동 가능한 쉐이커 플랫폼(160)에 고정된 구성 요소들과 상기 베이스 플레이트(180)에 고정된 구성 요소들 사이의 공극들이 상기 이동 가능한 쉐이커 플랫폼(160)의 위치에 기초하여 접촉이나 또는 충돌이 발생할 수 있을 정도로 충분히 접근하여 사용될 수 있다. 도 5에 도시된 구성에 있어서, 상기 홈 위치 센서(240)는 상기 스핀들 풀리와 결합된다. 동기식 BLDC 모터가 상기 쉐이커를 구동시키기 위해 사용되는, 위치 센서가 또한 상기 모터 또는 모터 제어기와 결합될 수 있다. 상기 쉐이커 위치 센서는 또한 상기 모터 풀리, 상기 쉐이커 베어링, 또는 상기 쉐이커 스핀들과 결합될 수 있다.
상기 쉐이커 플랫폼(160)은 복수의 나사식 패스너들(245)을 통해 상기 쉐이커 구동 조립체(165)에 고정된다. 도시된 구성에 있어서, 4개의 소켓, 편평한 헤드 머신 스크류들이 사용된다. 도 6은 복수의 나사식 패스너들을 통해 쉐이커 플랫폼(160)에 장착되는 히터 블록 조립체(250)를 설명한다[즉, 상기 쉐이커 플랫폼(160)이 상기 히터 블록 조립체(250)를 지지한다]. 상기 히터 블록 조립체(250)는 복수의 평행한 히터 블록들(155)로 구성된다. 도시된 구성에 있어서, 상기 히터 블록 조립체(250)는 4개의 히터 블록들(155)을 포함하며, 상기 히터 블록들(155) 각각은 각각의 컨테이너들을 수용하기 위한 8개의 구멍들(255)을 가지며, 따라서 32개의 구멍들(255)이 초래된다. 다른 구성들에 있어서는, 다양한 구성의 히터 블록들과 히터 블록 조립체들이 사용될 수 있다. 예를 들면, 전체 16개 샘플들에 대해 2개의 히터 블록들을 갖는 소규모 처리를 위한 HSM을 갖거나, 또는 대규모 처리를 위해 6개 또는 8개의 히터 블록들을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
도 7a에서 설명된 바와 같이, 각각의 히터 블록(155)의 수직면(260) 상에서, 처리하는 동안 박막-타입의 저항성 히터(265)가 샘플 튜브들에 열유속(heat flux)을 제공하도록 접착적으로 인가된다. 상기 저항성 히터(265)는 단독으로 선택적으로 동력화될 수 있거나, 또는, 소정의 파라미터들에 기초하여, 샘플들을 쉐이킹 또는 자화시킬 수 있다. 도시된 구성에 있어서, 상기 저항성 히터(265)는 상기 히터로부터 상기 샘플 튜브로의 열전달을 최대화하기 위해 상기 히터 블록(155)의 알루미늄 코어(270)에 제공된다. 상기 알루미늄 코어(270)는 그 안에 보유된 컨테이너들의 주변 둘레에 최대 접촉을 제공하며, 따라서 상기 히터(265)로부터 상기 컨테이너들로의 전도성 열전달을 촉진하고, 상기 컨테이너들이 용이하게 삽입 및 제거될 수 있도록 하기 위한 충분한 공극을 갖는다. 상기 알루미늄 코어(270)의 벽들(271)은 일단 상기 히터(265)가 동력화되면 열 반응 시간을 최소화하고 또한 상기 히터 블록들(155) 사이의 이용 가능한 공간을 최대화하기 위해 얇은 횡단면을 갖는다. 도 6 및 도 7b를 참고로 하여, 아래에서 더욱 상세히 설명된 바와 같이, 상기 알루미늄 코어(270)의 바닥부(272)는 상기 자석 조립체들(170)에 대한 최소 공극을 제공하기 위한 컷어웨이(cutaway)이다. 도시된 구성에 있어서, 상기 히터 블록의 다른 주요 부분들은 DuPont DelrinTM 등과 같은 강성 폴리머로부터 기계가공된다. 다른 구성에 있어서, 하나 이상의 온도-감지 열전쌍들(275)이 각각의 저항성 히터(265)와 결합될 수 있다. 상기 저항성 히터들(265)과 결합하는 상기 열전쌍들은 상기 히터 블록들 내의 온도 설정 포인트들의 프로그래밍을 허용한다. 도시된 구성에 있어서, 2개의 열전쌍들(275)이 각각의 히터(265)와 결합된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 자석 조립체들(170) 및 자석 구동 조립체(175)는 상기 베이스 플랫폼(180)에 고정된다. 상기 자석 조립체들(170) 및 자석 구동 조립체(175)는 상기 컨테이너들 내의 일부 샘플들에 존재할 수 있는 자성, 또는 상자성, 입자들에 자기장을 선택적으로 인가한다. 예로서, MagneSilTM Paramagnetic Particles(PMPs)가 진공 여과 및 원심 분리 포맷에 대한 대안으로서 자성 분리의 원리를 사용한다. 생명 과학 및 산업용 연구 분야에 있어서 MagneSilTM PMPs에 대한 다양한 정제 용례들이 존재한다. 자분(magnetic particle)들은 액상 샘플 내의 "이동식 고상(mobile solid phase)"으로 고려될 수 있다. 상기 입자들은 거의 1:1의 이산화규소(SiO2) 대 자철석의 비로 구성된다. 높은 자철석 농도는 상기 입자들이 자기장에 즉각 반응하게 한다. 그러나, 상기 입자들은 그들이 외부 자석의 자기장의 인력을 받는다는 점에서 상자성체이나, 상기 자기장으로부터 제거될 때 자화 상태로 남아있지 않는다. 상기 이산화규소(SiO2) 매트릭스가 핵산(nucleic acids)을 갖는 결착력(binding capacity)을 위해 허용된다. 상기 핵산의 결합 후의 상기 샘플에 대한 자기장의 적용은 용액의 잔류부로부터 PMPs와 부착된 핵산을 분리시킨다. 인가된 자기장에 있어서, 외부 피펫(pipette)이 상기 용액의 부분을 회수할 수 있으며, 따라서 샘플 내의 핵산의 농도를 증가시킨다.자화 부분에 대한 하나의 용례에 대한 이와 같은 설명은 예시적인 것이다. 일부 용례에 있어서, 셀룰로즈-기반 PMP가 MagneSilTM PMPs에 선호될 수 있다. 또한, 다양한 산업 및 과학 기술 분야의 당업자라면 장치에 있어서의 선택적 자화 능력값이 또한 쉐이킹 및 가열 기능들을 해결할 수 있다는 사실을 인식할 수 있을 것이다.
도 8 및 도 9와 관련하여, 상기 자석 구동 조립체(175)는 상기 베이스 플레이트(180)(도 3)에 강성적으로 고정되는 전방 및 후방 장착 플레이트(280, 285)를 포함한다. 원통형 자석 조립체들(170)은 상기 전방 및 후방 장착 플레이트들의 베어링 구멍들(300) 내의 제 1 및 제 2 단부들(290, 295)(도 9)에서 회전한다. 상기 자석 조립체들(170)이 [상기 전방 및 후방 장착 플레이트들(280, 285)을 통해] 상기 베이스 플레이트(180)에 피벗식으로 고정되므로, 그들은 상기 쉐이커 플랫폼(160)의 운동과는 독립적으로 된다. 상기 원통형 자석 조립체들(170)의 각각은 원통형 자석 홀더(310)의 방사항 보어들에 부착되는 복수의 방사상-대향 영구 자석들(305)을 갖는다. 도시된 실시예에 있어서, 전체 18개의 영구 자석들(305)은 9개의 자석들로 대향하는 2개의 열을 이루어 각각의 자석 조립체(170)에 부착된다. 상기 대향하는 열들은 거의 180도로 떨어져 있다. 상기 자석들(305)은 영구 자석 또는 전자 자석들일 수 있다. 도시된 구성에 있어서, 희토류 영구 자석들이 체적비에 대한 높은 자기장 강도를 위해 사용된다. 도시된 구성에 있어서, 2개의 원통형 자석 조립체들(170)이 제공되나, 다른 실시예들에 있어서는 단일 자석 조립체가 2개의 랙들 사이에서 사용될 수 있거나, 또는 4개 이상의 랙들이 사용되는 경우, 3개 이상의 자석 조립체들이 사용될 수 있다.
도 9에서 설명되는 바와 같이, 상기 자석들(305)은 각각의 자석 홀더(310) 상의 방사상 대향하는 자석들의 극들이 서로 끌어당기도록 배열된다. 다시 말해서, 상기 자석 홀더(310)의 하나의 방사상 측면 상의 자석의 양극은 상기 자석 홀더의 대향하는 방사상 위치에 있는 자석의 음극과 마주한다. 그와 같은 배열은 상기 자석 홀더 내에 대향하는 자석들을 보유하도록 돕는다. 도시된 구성에 있어서, 각각의 열에 위치하는 인접 자석들의 극성 순서는 상기 열의 모든 자석마다 번갈아 나타난다(+,-,+,-,+ 등). 그와 같은 배열은 자석 조립체들을 상대적으로 낮은 토크로 회전시키기에 적합한 전계 강도를 생성한다. 그러나, 다른 구성에 있어서는, 각각의 열에서 정합 극성을 갖는 인접 자석들을 갖는 것이 적합할 수 있다.
도 9에 도시된 자석 조립체(170)는 자석들의 다른 형상들이 가능하다는 사실을 예시적으로 나타내고 있다. 상기 자석들(305)의 설계 및 배열은 복합적인 설계 가운데 자기장들을 변경시킬 수 있으며, 따라서 설계자가 자기장을 용례에 맞게 조정하도록 허용한다. 예를 들어, 도 10a에 도시된 바와 같이, 인접한 자석들(305a)을 갖는 정합 극성을 사용함으로써, 도 10b에 도시된 바와 같이, 인접한 자석들(305b)을 갖는 비정합 극성들과는 다른 자기장을 제공한다. 도 10a에 대하여, 상기 자기장(307a)은 도 10b의 자기장(307b)보다 더욱 상기 홀더(310)의 축을 따라 구성된다.
다시, 도 3 및 도 8로 돌아가서, 자석 구동 조립체(175)는 상기 자석 조립체들(170)을 제 1 위치로부터 제 2 위치로 선택적으로 회전시키기 위해 제공된다. 도 8에 도시된, 제 1 위치에서, 자석들(305)은 수직 평면에 배향된다. 상기 제 1 위치에서 상기 자석들(305)에 의해 생성되는 자기장은 실제로 샘플들에 어떠한 영향도 미치지 않는다. 제 2 위치에서, 각각의 자석 조립체(175) 상의 자석들(305)은 수평 평면에 배향된다. 상기 제 2 위치에서, 각각의 자석의 단부들은 히터 블록들(155) 내에 보유되는 컨테이너들 내의 샘플들에 긴밀하게 근접하게 된다. 제 2 위치에 있을 때, 상기 자석들에 의해 생성된 자기장은 다양한 사용을 위해 상기 샘플들에 제공된다. 각각의 자석 조립체(170) 상의 자석들은, 각각의 자석 조립체의 측면당 9개의 자석들로서, 8개의 컨테이너 히터 랙 내에 보유된 각각의 컨테이너가 2개의 자석들에 인접하도록, 축상으로 이격되어 있다. 다른 실시예들에 있어서는, 2개의 자석들(305)을 각각의 컨테이너에 인접하여 위치시킬 필요가 없다. 하나의 자석, 또는 복수의 자석들이 높거나, 낮거나, 더욱 분산되거나 또는 더욱 집중되는 자기장을 제공하기 위해 각각의 컨테이너에 인접하여 위치될 수 있다. 상기 자석 구동 조립체(175)는 벨트/풀리 조립체(325)를 제공하기 위해 모터 하우징(320)에 의해 지지되는 스테퍼 모터(stepper motor; 315)(도 3)를 사용한다. 도시된 구성에서 상기 벨트/풀리 조립체(325)는 양쪽 자석 조립체들을 일제히 작동시킨다. 특정 위치에 있는 자석 조립체들과 쉐이커 조립체 사이에서 기계적 간섭 또는 충격이 가능한 구성들에 있어서, 상기 후방 플레이트(285)에 장착된 자석 홈 위치 센서(330)는 상기 자석 조립체들(170)이 제 1 위치에 있는지 또는 제 2 위치에 있는지의 여부를 나타내도록 작동될 수 있다. 도시된 구성에 있어서, 상기 자석 홈 위치 센서(330)는 쉐이커 홈 위치 센서(240)와 대체로 유사하며, 유사하게도 풀리와 결합된다.
다른 구성에 있어서, 복수의 구동 조립체들, 또는 복수의 다른 직접-구동식 스테퍼 모터들을 통해 상기 자석 조립체들(170)을 독립적으로 작동시키는 것이 바람직하다. 또 다른 구성들에 있어서, 상기 자석 조립체들(170)은 외부 노브 등을 통해 유저에 의해 수동으로 위치된다. 상기 자석 조립체들(170)의 위치 상의 변경도 또한 가능하다. 예를 들어, 복수의 자석들(305)은 상기 HSM(10) 내의 위치로부터 상기 컨테이너에 대해 높아지거나 낮아질 수 있다.
쉐이킹 부분[예를 들어, 쉐이커 구동 조립체(165)], 가열 부분[예를 들어, 상기 히터 블록 조립체(250)], 및 자화 부분[예를 들어, 상기 자석 조립체들(170)]을 조합함으로써, 상기 HSM(10)은 샘플들을 별도의 스테이션들로 이동시킬 필요 없이 복수의 샘플들에 자기장을 선택적으로 가열하고, 쉐이킹하고 인가하기 위한 능력을 제공한다. 모드들과 설정들의 시퀀스는 샘플의 타입과 처리 동안 요구되는 특정 파라미터들에 의존한다. 상기 HSM(10)의 모든 구성들이 시리얼 시퀀스에서 가열, 쉐이크 및 자화하기 위한 능력을 갖는 반면, 일부 구성들은 동시적인 가열, 쉐이킹, 및/또는 자화를 위해 허용될 수 있다. 예를 들어, 특정 용례들에서는, 샘플을 쉬이킹 하는 동안, 또는 자기장을 인가하는 동안, 저항성 히터들(265)로부터 열유속을 인가하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 많은 공정에서 쉐이킹 및 자화의 결합이 바람직하지 않을 수 있다는 사실에 주목할 필요가 있다.
또한, 일부 구성들에 있어서는 상기 자석 조립체들(170)과 상기 쉐이커 조립체들(165)[및 부착된 히터 블록 조립체(250)] 사이에는 한쪽 또는 양쪽이 특정 위치에 있을 때 기계적 간섭이 있을 수 있다. 이와 같은 구성에 있어서는, 간섭의 상태를 방지하기 위해, 상기 쉐이커 홈 위치 센서(240)와 상기 자석 홈 위치 센서(330)가 필요하다. 예를 들면, 도 3에 도시된 구성에 있어서, 상기 쉐이커 모터(185)는, 상기 자석 조립체들이 상기 자석 홈 위치 센서(330)에 의해 지시된 바와 같은 홈 (제 1) 위치에 배향되지 않는 한, 작동될 수 없다. 마찬가지로, 상기 자석 조립체들(170)은, 상기 쉐이커 모터(185)가 정지되지 않는 한 그리고 상기 쉐이커 구동 조립체(165)가 상기 쉐이커 홈 위치 센서(240)에 의해 지시된 바와 같은 홈 위치에 배향되지 않는 한, 상기 스테퍼 모터(315)에 의해 제 1 위치로부터 제 2 위치로 회전될 수 없다. 상기 홈 위치에 상기 쉐이커 구동 조립체(165)를 가짐으로써, 상기 알루미늄 코어(270)의 컷어웨이 바닥부(272)는 상기 제 1 위치로부터 상기 제 2 위치로, 그리고 역으로 상기 제 2 위치로부터 상기 제 1 위치로 상기 자석 조립체들(170)을 회전시키기에 충분한 공극을 제공한다. 쉐이커 홈 위치 센서(240)와 자석 홈 위치 센서(330) 모두를 구비함으로써, 적어도 하나의 구성에서 추가적인 장점들이 제공된다. 상기 자석 조립체들(170)이 상기 홈 위치에 배향될 때, 최대 수평 공극은 상기 쉐이커 조립체(165)의 보다 큰 궤도 쉐이킹 운동을 허용하도록 보장한다. 상기 쉐이커 홈 위치 센서(240)는 상기 제 2 위치에서 상기 자석 조립체들(170)이 샘플들에 인가된 강한 자기장을 위해 컨테이너와 근접 위치되도록 허용한다. 상기 쉐이커 구동 조립체(165)와 상기 자석 조립체들(170) 모두의 귀소성(homing capabilities)은 자석들과 컨테이너들 사이의 양호한 재현성 스텝-투-스텝(step-to-step) 및 런-투-런(run-to-run) 관계를 용이하게 하며, 샘플들에 인가된 자기장 강도에서 반복도를 향상시키며, 더욱 일정한 처리를 야기한다. 이는 자기장 강도와 거리 사이의 역제곱 관계로 주어진 특정 구성들에 있어서 장점이 될 수 있다.
도 11은 관련된 센서 입력부들을 포함하는 상기 HSM(10)에 대한 제어 회로(332)의 블록 다이어그램을 설명한다. 메인 보드(335)는 마이크로프로세서를 포함한다. 상기 메인 보드와 결합된 메모리 유닛(340)은, 설정값들이나 다양한 작동 파라미터들과 같은, 실행 가능한 명령이나 데이터를 저장한다. 상기 메인 보드(335)는 쉐이커 모터(185)와 자석 스테퍼 모터(315)의 동작을 제어하기 위해 작동될 수 있으며, 이는 일반적으로 관련된 자석 홈 위치 센서(330)와 쉐이커 홈 위치 센서(240)로부터의 신호들에 의해 구성된 상태들에 기초한다. 마찬가지로, 상기 메인 보드(335)는 각각의 히터 블록(155)과 결합된 2개의 열전대들(275) 각각으로부터의 히터 블록 온도 데이터를 수신한다. 히터 보드(345)는 상기 열전대들(275)과 상기 메인 보드(335) 사이에 신호 조정을 제공한다. 감지된 온도를 상기 메모리 유닛(340)에 저장된 설정값과 비교함으로써, 상기 메인 보드(335)는 저항성 히터들(265) 각각에 선택적으로 동력을 공급하기 위해 작동될 수 있다.
따라서, 본 발명은 무엇보다도 먼저 액상 샘플들을 처리하기 위한 장치를 제공한다. 본 발명의 다양한 특성 및 장점들은 다음의 청구범위에서 개시한다.

Claims (15)

  1. 샘플 튜브에서 액상 샘플을 처리하기 위한 장치로서,
    베이스와;
    샘플 튜브를 수용하기 위한 용기와;
    상기 용기에 선택적으로 열을 인가하기 위해 상기 베이스에 결속된 가열 부분과;
    상기 베이스에 결속되고 또한 상기 용기를 지지하는 쉐이킹 부분으로서, 상기 베이스에 대해 상기 용기를 선택적으로 교반시키는 상기 쉐이킹 부분; 및
    상기 베이스에 결속되고 또한 상기 용기에 대해 자기장을 선택적으로 변화시키기 위해 이동 가능한 자화 부분을 포함하는 액상 샘플 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가열 부분은 저항성 히터를 포함하는 액상 샘플 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가열 부분은 상기 쉐이킹 부분과 함께 이동하기 위해 상기 쉐이킹 부분에 결속되는 액상 샘플 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 가열 부분은 상기 용기에 결속되는 액상 샘플 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 가열 부분은 저항성 필름 히터를 포함하는 액상 샘플 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 용기는 상기 자화 부분을 수용하기 위한 구멍을 포함하는 액상 샘플 처리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 자화 부분은,
    제 1 축을 갖는 제 1 자석 홀더로서, 상기 제 1 축에 대해 회전하기 위해 상기 베이스에 회전 가능하게 결속되는 상기 제 1 자석 홀더,
    상기 제 1 자석 홀더에 고정적으로 결속되는 복수의 제 1 자석들, 및
    제 1 축상 방향과 제 2 축상 방향 사이에서 상기 제 1 자석 홀더를 선택적으로 구동시키는 자석 구동 매커니즘을 포함하는 액상 샘플 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 복수의 제 1 자석들은 상기 제 1 축과 대체로 수직으로 배향되는 자극들과 함께 배열되는 액상 샘플 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 복수의 제 1 자석들의 인접 자석들은 대체로 유사한 양극(polar) 방향을 갖는 액상 샘플 처리 장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 복수의 제 1 자석들의 인접 자석들은 대체로 정반대의 양극 방향을 갖는 액상 샘플 처리 장치.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자화 부분은,
    제 2 축을 갖는 제 2 자석 홀더로서, 상기 제 2 축에 대해 회전하기 위해 상기 베이스에 회전 가능하게 결속되는 상기 제 2 자석 홀더, 및
    상기 제 2 자석 홀더에 고정적으로 결속되는 복수의 제 2 자석들로서, 상기 자석 구동 매커니즘이 제 3 축상 방향과 제 4 축상 방향 사이에서 상기 제 2 자석 홀더를 선택적으로 구동시키는, 상기 제 2 자석들을 추가로 포함하는 액상 샘플 처리 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 쉐이킹 부분은 상기 용기를 상기 베이스에 대해 궤도 운동으로 회전시키도록 작동 가능한 액상 샘플 처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 쉐이킹 부분은,
    플래폼, 및
    상기 베이스에 결속되는 플랫폼 구동 모터 및 상기 플랫폼에 결속되는 궤도 드라이브를 포함하는 플랫폼 구동 조립체를 포함하는 액상 샘플 처리 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 플랫폼 구동 조립체, 가열 부분, 및 자석 구동 조립체를 선택적으로 제어하기 위한 제어기를 추가로 포함하며, 상기 제어기는 상기 플랫폼 구동 모터의 작동 동안 상기 자석 구동 조립체의 작동을 방지하기 위한 로직(logic)을 포함하는 액상 샘플 처리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 베이스에 대한 자화 부분의 위치를 측정하고 상기 제 1 신호를 발생시키기 위한 자석 위치 센서를 추가로 포함하며, 상기 제어기는 상기 제 1 신호를 수용하고 또한 부분적으로 상기 제 1 신호에 기초하여 상기 플랫폼 구동 조립체를 선택적으로 작동시키는 액상 샘플 처리 장치.
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