KR20140022399A - 샘플 처리 장치 상의 체적 계량을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

샘플 처리 장치 상의 체적 계량을 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20140022399A
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피터 디. 루도와이즈
데이비드 에이. 위트먼
제프리 디. 스미스
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

샘플 처리 장치 상의 체적 계량을 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 시스템은 계량 저장조, 및 선택된 체적을 초과하는 과량의 액체를 계량 저장조로부터 포획하기 위해 계량 저장조의 제1 단부와 유체 연통되도록 위치되는 폐기물 저장조를 포함할 수 있다. 시스템은 요구될 때까지 액체가 계량 저장조에서 유출되는 것을 억제하도록 계량 저장조의 제2 단부와 유체 연통되는 모세관 밸브를 추가로 포함할 수 있다. 방법은 액체를 모세관 밸브 내로 이동시키기에 불충분한 제1 힘을 액체에 가하기 위해 샘플 처리 장치를 회전시킴으로써 액체를 계량하는 단계, 및 계량된 체적의 액체를 모세관 밸브를 통해 프로세스 챔버로 이동시키도록 제1 힘보다 큰 제2 힘을 액체에 가하기 위해 샘플 처리 장치를 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.

Description

샘플 처리 장치 상의 체적 계량을 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR VOLUMETRIC METERING ON A SAMPLE PROCESSING DEVICE}
본 발명은 일반적으로 미세유체 샘플 처리 장치(microfluidic sample processing device) 상의 유체 샘플의 체적 계량(volumetric metering)에 관한 것이다.
광학 디스크 시스템은 유전자-기반 분석(genetic-based assay) 또는 면역분석(immunoassay)과 같은 다양한 생물학적, 화학적 또는 생-화학적 분석을 수행하는 데 사용될 수 있다. 그러한 시스템에서, 다수의 챔버(chamber)를 가진 회전가능한 디스크가 혈액, 혈장, 혈청, 소변 또는 다른 유체와 같은 유체 시료를 저장 및 처리하기 위한 배지(medium)로서 사용될 수 있다. 하나의 디스크 상의 다수의 챔버는 하나의 샘플의 다수의 부분 또는 다수의 샘플의 동시 처리를 가능하게 하여, 다수의 샘플 또는 하나의 샘플의 다수의 부분을 처리하는 시간 및 비용을 절감시킬 수 있다.
샘플 처리 장치 상에서 수행될 수 있는 일부 분석은 샘플 및/또는 시약 배지의 정밀한 양, 또는 샘플 대 시약 배지의 정밀한 비를 필요로 할 수 있다. 본 발명은 일반적으로 선택된 체적의 샘플 및/또는 시약 배지를 투입 챔버(input chamber)로부터 프로세스 또는 검출 챔버(process or detection chamber)로 전달하는 데 사용될 수 있는 샘플 처리 장치 상의 온-보드 계량 구조물(on-board metering structure)에 관한 것이다. 선택된 체적을 프로세스 챔버로 전달함으로써, 샘플 대 시약의 원하는 비가 달성될 수 있다. 또한, 계량을 "온-보드"로 수행함으로써, 사용자가 특정 양의 물질을 정밀하게 측정하여 샘플 처리 장치로 전달할 필요가 없게 된다. 오히려, 사용자가 특정되지 않은 양의 샘플 및/또는 시약을 샘플 처리 장치로 전달할 수 있고, 샘플 처리 장치 자체가 원하는 양의 물질을 하류 프로세스 또는 검출 챔버로 계량할 수 있다.
본 발명의 일부 태양은 샘플 처리 장치 상의 계량 구조물을 제공한다. 샘플 처리 장치는 회전축을 중심으로 회전되도록 구성될 수 있다. 계량 구조물은 선택된 체적의 액체를 보유하도록 구성되는 계량 저장조(metering reservoir)를 포함할 수 있다. 계량 저장조는 제1 단부, 및 회전축에 대해 제1 단부의 반경방향 외향으로 위치되는 제2 단부를 포함할 수 있다. 계량 구조물은, 계량 저장조의 제1 단부와 유체 연통되도록 위치되고 계량 저장조의 선택된 체적이 초과된 때 계량 저장조로부터 과량의 액체를 포획하도록 구성되는 폐기물 저장조(waste reservoir)를 추가로 포함할 수 있으며, 폐기물 저장조의 적어도 일부분은 회전축에 대해 계량 저장조의 반경방향 외향으로 위치된다. 계량 구조물은 계량 저장조의 제2 단부와 유체 연통되는 모세관 밸브(capillary valve)를 추가로 포함할 수 있다. 모세관 밸브는 회전축에 대해 계량 저장조의 적어도 일부분의 반경방향 외향으로 위치될 수 있고, 요구될 때까지 액체가 계량 저장조에서 유출되는 것을 억제하도록 구성될 수 있다. 계량 구조물은 계량 구조물이 주변과 유체 연통되지 않도록 통기되지 않을 수 있다.
본 발명의 일부 태양은 샘플 처리 장치 상의 처리 어레이(processing array)를 제공한다. 샘플 처리 장치는 회전축을 중심으로 회전되도록 구성될 수 있다. 처리 어레이는 투입 챔버를 포함할 수 있다. 투입 챔버는 선택된 체적의 액체를 보유하도록 구성되는 계량 저장조 - 계량 저장조는 제1 단부, 및 회전축에 대해 제1 단부의 반경방향 외향으로 위치되는 제2 단부를 포함함 - ; 및 계량 저장조의 제1 단부와 유체 연통되도록 위치되는 폐기물 저장조를 포함할 수 있다. 폐기물 저장조는 계량 저장조의 선택된 체적이 초과된 때 계량 저장조로부터 과량의 액체를 포획하도록 구성될 수 있고, 폐기물 저장조의 적어도 일부분은 회전축에 대해 계량 저장조의 반경방향 외향으로 위치된다. 투입 챔버는, 적어도 부분적으로 계량 저장조의 선택된 체적을 한정하도록 그리고 계량 저장조와 폐기물 저장조를 분리하도록 위치되는 배플(baffle)을 추가로 포함할 수 있다. 처리 어레이는 투입 챔버의 계량 저장조의 제2 단부와 유체 연통되도록 위치되는 모세관 밸브를 추가로 포함할 수 있다. 모세관 밸브는 회전축에 대해 계량 저장조의 적어도 일부분의 반경방향 외향으로 위치될 수 있고, 요구될 때까지 액체가 계량 저장조에서 유출되는 것을 억제하도록 구성될 수 있다. 처리 어레이는, 투입 챔버와 유체 연통되도록 위치되고 선택된 체적의 유체를 계량 저장조로부터 모세관 밸브를 통해 수용하도록 구성되는 프로세스 챔버를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 태양은 샘플 처리 장치 상에서의 체적 계량을 위한 방법을 제공한다. 방법은 회전축을 중심으로 회전되도록 구성되고 처리 어레이를 포함하는 샘플 처리 장치를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 처리 어레이는 선택된 체적의 액체를 보유하도록 구성되는 계량 저장조 - 계량 저장조는 제1 단부, 및 회전축에 대해 제1 단부의 반경방향 외향으로 위치되는 제2 단부를 포함함 - ; 및 계량 저장조의 제1 단부와 유체 연통되도록 위치되는 폐기물 저장조를 포함할 수 있다. 폐기물 저장조는 계량 저장조의 선택된 체적이 초과된 때 계량 저장조로부터 과량의 액체를 포획하도록 구성될 수 있고, 폐기물 저장조의 적어도 일부분은 회전축에 대해 계량 저장조의 반경방향 외향으로 위치된다. 처리 어레이는 계량 저장조의 제2 단부와 유체 연통되는 모세관 밸브를 추가로 포함할 수 있다. 모세관 밸브는 회전축에 대해 계량 저장조의 적어도 일부분의 반경방향 외향으로 위치될 수 있고, 요구될 때까지 액체가 계량 저장조에서 유출되는 것을 억제하도록 구성될 수 있다. 처리 어레이는 모세관 밸브를 통해 계량 저장조와 유체 연통되도록 위치되는 프로세스 챔버를 추가로 포함할 수 있다. 방법은 액체를 샘플 처리 장치의 처리 어레이 내에 위치시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 방법은 제1 힘을 액체에 가하기 위해 샘플 처리 장치를 회전축을 중심으로 회전시켜서, 선택된 체적의 액체가 계량 저장조 내에 함유되고 임의의 추가의 체적의 액체가 폐기물 저장조 내로 이동되지만 모세관 밸브로는 이동되지 않게 함으로써 액체를 계량하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 방법은 액체가 계량된 후에, 제1 힘보다 큰 제2 힘을 액체에 가하기 위해 샘플 처리 장치를 회전축을 중심으로 회전시킴으로써, 선택된 체적의 액체를 모세관 밸브를 통해 프로세스 챔버로 이동시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 태양이 상세한 설명 및 첨부 도면을 고려함으로써 명백해질 것이다.
<도 1>
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 샘플 처리 어레이의 개략도.
<도 2>
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 처리 장치의 상부 사시도.
<도 3>
도 3은 도 2의 샘플 처리 장치의 저부 사시도.
<도 4>
도 4는 도 2 및 도 3의 샘플 처리 장치의 상부 평면도.
<도 5>
도 5는 도 2 내지 도 4의 샘플 처리 장치의 저부 평면도.
<도 6>
도 6은 도 2 내지 도 5의 샘플 처리 장치의 일부분의 근접 상부 평면도.
<도 7>
도 7은 도 6에 도시된 샘플 처리 장치의 부분의 근접 저부 평면도.
<도 8>
도 8은 도 7의 선 8-8을 따라 취한, 도 2 내지 도 7의 샘플 처리 장치의 측단면도.
본 발명의 임의의 실시예를 상세히 설명하기 전에, 본 발명은 그의 응용에 있어서 하기의 설명에 기재되거나 하기의 도면에 예시되는 구성요소들의 구성 및 배열의 상세 사항으로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 본 발명은 다른 실시예가 가능할 수 있으며, 다양한 방식으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용되는 어법 및 용어법은 설명의 목적을 위한 것이고 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 것을 이해하여야 한다. 본 명세서에서 "구비하는", "포함하는", 또는 "갖는" 및 이들의 변형의 사용은 그 뒤에 열거된 항목 및 그 등가물뿐만 아니라 추가의 항목을 포괄하고자 하는 것이다. 달리 명시되거나 제한되지 않는 한, "연결된" 및 "결합된"이라는 용어 및 이들의 변형은 광범위하게 사용되고, 직접 및 간접 둘 모두의 연결 및 결합을 포괄한다. 다른 실시예가 이용될 수 있고, 구조적 또는 논리적 변화가 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, "상부", "저부" 등과 같은 용어는 단지 요소들이 서로 관련될 때 그 요소들을 설명하기 위해 사용되지만, 결코 장치의 특정 배향을 언급하거나, 장치의 필요한 또는 요구되는 배향을 지시 또는 암시하거나, 본 명세서에 기술된 본 발명이 사용 중에 어떻게 사용, 장착, 표시, 또는 위치될지를 특정하고자 하는 것이 아니다.
본 발명은 일반적으로 미세유체 샘플 처리 장치 상에서의 체적 계량 구조물 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 선택된 체적의 물질을 투입 챔버로부터 하류 프로세스 또는 검출 챔버로 전달하는 데 사용될 수 있는 "온-보드" 계량 구조물에 관한 것이다. 온-보드 계량 구조물은 사용자가 특정되지 않은 체적의 물질(예컨대, 샘플 및/또는 시약 배지)를 샘플 처리 장치 상으로 로딩하면서도, 여전히 선택된 체적(들)을 하류 챔버(들)로 전달하는 것을 가능하게 한다.
(예컨대, 도 2 내지 도 8의 샘플 처리 장치(200)와 관련하여 후술되는 바와 같은) 본 발명의 일부 실시예에서, 관심대상의 샘플(예컨대, 원시(raw) 환자 샘플, 원시 환경 샘플 등과 같은 원시 샘플)이 특히 분석을 위해 샘플을 처리하는 데 사용될 다양한 시약 또는 배지와 개별적으로 로딩될 수 있다. 일부 실시예에서, 그러한 시약은 관심대상의 분석에 필요한 모든 시약을 포함하는 하나의 단일 칵테일(cocktail) 또는 "마스터 믹스(master mix)" 시약으로서 첨가될 수 있다. 샘플은 희석제 중에 현탁되거나 제조될 수 있고, 희석제는 관심대상의 분석을 위한 시약을 포함하거나 시약과 동일한 것일 수 있다. 샘플과 희석제는 간략함을 위해 본 명세서에서 단지 "샘플"로 지칭될 것이고, 희석제와 배합된 샘플이, 상당한 처리, 측정, 용해 등이 아직 수행되지 않았기 때문에, 일반적으로 여전히 원시 샘플로 고려된다.
샘플은 고체, 액체, 반-고체, 젤라틴 물질, 및 이들의 조합, 예컨대 액체 중의 입자의 현탁액을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 샘플은 수성 액체일 수 있다.
"원시 샘플"이라는 어구는 일반적으로, 단지 희석제 중에 희석되거나 현탁되는 것 외에도, 샘플 처리 장치 상으로 로딩되기 전에 임의의 처리 또는 조작을 겪지 않은 샘플을 지칭하는 데 사용된다. 즉, 원시 샘플은 세포, 조직파편(debris), 억제제 등을 포함할 수 있고, 샘플 처리 장치 상으로 로딩되기 전에 이전에 용해, 세척, 완충 등이 되지 않았다. 원시 샘플은 또한 공급원으로부터 직접 얻어지고 조작 없이 하나의 용기로부터 다른 용기로 이송되는 샘플을 포함할 수 있다. 원시 샘플은 또한 수송 배지, 뇌 척수액, 전혈, 혈장, 혈청 등을 포함하지만 이에 제한되지 않은 다양한 배지 내의 환자 시료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 환자로부터 얻어진 바이러스성 입자를 함유하는 비강 면봉 샘플이 처리 전에 입자를 현탁 및 안정시키기 위해 사용되는 수송 완충액(transport buffer) 또는 배지(이는 항균제를 함유할 수 있음) 내로 수송 및/또는 저장될 수 있다. 현탁된 입자를 가진 수송 배지의 일부분이 "샘플"로 고려될 수 있다. 본 발명의 장치 및 시스템과 함께 사용되고 본 명세서에 논의되는 모든 "샘플"이 원시 샘플일 수 있다.
본 발명의 샘플 처리 장치가 형상이 원형인 것으로 본 명세서에 예시되고 때때로 "디스크"로 지칭되지만, 본 발명의 샘플 처리 장치의 다양한 다른 형상 및 구성이 가능하고, 본 발명이 원형 샘플 처리 장치로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 결과적으로, "디스크"라는 용어가 간결함 및 간략함을 위해 "샘플 처리 장치"를 대신하여 본 명세서에 종종 사용되지만, 이러한 용어는 제한적인 것으로 의도되지 않는다.
본 발명의 샘플 처리 장치는 열 처리를 수반하는 방법, 예를 들어 민감한 화학적 프로세스, 예컨대 폴리머라아제 연쇄 반응(polymerase chain reaction, PCR) 증폭, 전사-매개 증폭(transcription-mediated amplification, TMA), 핵산 염기서열-기반 증폭(nucleic acid sequence-based amplification, NASBA), 리가아제 연쇄 반응(ligase chain reaction, LCR), 자기-유지 염기서열 복제(self-sustaining sequence replication), 효소 운동 연구(enzyme kinetic study), 균질 리간드 결합 분석(homogeneous ligand binding assay), 면역분석, 예컨대 효소 결합 면역흡착 분석(enzyme linked immunosorbent assay, ELISA), 및 정밀한 열 제어 및/또는 신속한 열 변동을 필요로 하는 더욱 복잡한 생화학적 또는 기타 프로세스에 사용될 수 있다.
본 발명과 함께 사용하도록 구성될 수 있는 적합한 구성 기술 또는 물질의 일부 예가, 예를 들어 공히 양도된, 발명의 명칭이 "향상된 샘플 처리 장치, 시스템 및 방법(ENHANCED SAMPLE PROCESSING DEVICES SYSTEMS AND METHODS)"(베딩험(Bedingham) 등)인 미국 특허 제6,734,401호, 제6987253호, 제7435933호, 제7164107호 및 제7,435,933호; 발명의 명칭이 "다중-포맷 샘플 처리 장치(MULTI-FORMAT SAMPLE PROCESSING DEVICES)"(베딩험 등)인 미국 특허 제6,720,187호; 발명의 명칭이 "다중-포맷 샘플 처리 장치 및 시스템(MULTI-FORMAT SAMPLE PROCESSING DEVICES AND SYSTEMS)"(베딩험 등)인 미국 특허 공개 제2004/0179974호; 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치를 사용하기 위한 모듈형 시스템 및 방법(MODULAR SYSTEMS AND METHODS FOR USING SAMPLE PROCESSING DEVICES)"(베딩험 등)인 미국 특허 제6,889,468호; 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치를 사용하기 위한 시스템(SYSTEMS FOR USING SAMPLE PROCESSING DEVICES)"(베딩험 등)인 미국 특허 제7,569,186호; 발명의 명칭이 "샘플 처리 시스템을 위한 열 구조물(THERMAL STRUCTURE FOR SAMPLE PROCESSING SYSTEM)"(베딩험 등)인 미국 특허 공개 제2009/0263280호; 발명의 명칭이 "가변 밸브 장치 및 방법(VARIABLE VALVE APPARATUS AND METHOD)"(베딩험 등)인 미국 특허 제7,322,254호 및 미국 특허 공개 제2010/0167304호; 발명의 명칭이 "미세유체 장치 상에서의 샘플 혼합(SAMPLE MIXING ON A MICROFLUIDIC DEVICE)"(베딩험 등)인 미국 특허 제7,837,947호 및 미국 특허 공개 제2011/0027904호; 발명의 명칭이 "음이온 교환을 사용하여 생물학적 혼합물로부터 유기 분자를 제거하기 위한 방법 및 장치(METHODS AND DEVICES FOR REMOVAL OF ORGANIC MOLECULES FROM BIOLOGICAL MIXTURES USING ANION EXCHANGE)"(파르타사라티(Parthasarathy) 등)인 미국 특허 제7,192,560호 및 제7,871,827호와 미국 특허 공개 제2007/0160504호; 발명의 명칭이 "핵산 분리를 위한 방법 및 미세유체 장치 및 농축 단계를 사용하는 키트(METHODS FOR NUCLEIC ACID ISOLATION AND KITS USING A MICROFLUIDIC DEVICE AND CONCENTRATION STEP)"(파르타사라티 등)인 미국 특허 공개 제2005/0142663호; 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치 압축 시스템 및 방법(SAMPLE PROCESSING DEVICE COMPRESSION SYSTEMS AND METHODS)"(아이스타(Aysta) 등)인 미국 특허 제7,754,474호 및 미국 특허 공개 제2010/0240124호; 발명의 명칭이 "유연성 미세유체 샘플 처리 디스크(COMPLIANT MICROFLUIDIC SAMPLE PROCESSING DISKS)"(베딩험 등)인 미국 특허 제7,763,210호 및 미국 특허 공개 제2010/0266456호; 발명의 명칭이 "모듈형 샘플 처리 장치 키트 및 모듈(MODULAR SAMPLE PROCESSING APPARATUS KITS AND MODULES)"(베딩험 등)인 미국 특허 제7,323,660호 및 제7,767,937호; 발명의 명칭이 "다수의 광학 모듈을 공통 검출기에 결합시키는 섬유 번들을 갖는 다중 형광 검출 장치(MULTIPLEX FLUORESCENCE DETECTION DEVICE HAVING FIBER BUNDLE COUPLING MULTIPLE OPTICAL MODULES TO A COMMON DETECTOR)"(베딩험 등)인 미국 특허 제7,709,249호; 발명의 명칭이 "제거가능한 광학 모듈을 갖는 다중 형광 검출 장치(MULTIPLEX FLUORESCENCE DETECTION DEVICE HAVING REMOVABLE OPTICAL MODULES)"(베딩험 등)인 미국 특허 제7,507,575호; 발명의 명칭이 "회전하는 다중 형광 검출 장치를 위한 밸브 제어 시스템(VALVE CONTROL SYSTEM FOR A ROTATING MULTIPLEX FLUORESCENCE DETECTION DEVICE)"(베딩험 등)인 미국 특허 제7,527,763호 및 제7,867,767호; 발명의 명칭이 "회전하는 다중 형광 검출 장치를 위한 가열 요소(HEATING ELEMENT FOR A ROTATING MULTIPLEX FLUORESCENCE DETECTION DEVICE)"(베딩험 등)인 미국 특허 공개 제2007/0009382호; 발명의 명칭이 "핵산 증폭을 위한 방법(METHODS FOR NUCLEIC AMPLIFICATION)"(파르타사라티 등)인 미국 특허 공개 제2010/0129878호; 발명의 명칭이 "미세유체 시스템을 위한 열 전사 방법 및 구조물(THERMAL TRANSFER METHODS AND STRUCTURES FOR MICROFLUIDIC SYSTEMS)"(베딩험 등)인 미국 특허 공개 제2008/0149190호; 발명의 명칭이 "향상된 샘플 처리 장치, 시스템 및 방법(ENHANCED SAMPLE PROCESSING DEVICES, SYSTEMS AND METHODS)"(베딩험 등)인 미국 특허 공개 제2008/0152546호; 2009년 11월 13일자로 출원된, 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치를 위한 환상 압축 시스템 및 방법(ANNULAR COMPRESSION SYSTEMS AND METHODS FOR SAMPLE PROCESSING DEVICES)"(베딩험 등)인 미국 특허 공개 제2011/0117607호; 2009년 11월 13일자로 출원된, 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치를 처리하기 위한 시스템 및 방법(SYSTEMS AND METHODS FOR PROCESSING SAMPLE PROCESSING DEVICES)"(로볼(Robole) 등)인 미국 특허 공개 제2011/0117656호; 2000년 10월 2일자로 출원된, 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치, 시스템 및 방법(SAMPLE PROCESSING DEVICES, SYSTEMS AND METHODS)"(베딩험 등)인 미국 가특허 출원 제60/237,151호; 2009년 11월 13일자로 출원된, 발명의 명칭이 "샘플 처리 디스크 커버(SAMPLE PROCESSING DISC COVER)"(베딩험 등)인 미국 의장 특허 제D638550호 및 제D638951호; 2011년 2월 4일자로 출원된, 발명의 명칭이 "샘플 처리 디스크 커버(SAMPLE PROCESSING DISC COVER)"(베딩험 등)인 미국 의장 특허 출원 제29/384,821호; 및 발명의 명칭이 "회전가능한 샘플 처리 디스크(ROTATABLE SAMPLE PROCESSING DISK)"(베딩험 등)인 미국 의장 특허 제D564667호에 기술되어 있을 수 있다. 이들의 전체 개시 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
다른 잠재적인 장치 구성은 예를 들어 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치의 원심 충전(CENTRIFUGAL FILLING OF SAMPLE PROCESSING DEVICES)"(베딩험 등)인 미국 특허 제6,627,159호; 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치(SAMPLE PROCESSING DEVICES)"(베딩험 등)인 미국 특허 제7,026,168호, 제7,855,083호 및 제7,678,334호와 미국 특허 공개 제2006/0228811호 및 제2011/0053785호; 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치 및 캐리어(SAMPLE PROCESSING DEVICES AND CARRIERS)"(함스(Harms) 등)인 미국 특허 제6,814,935호 및 제7,445,752호; 및 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치 및 캐리어(SAMPLE PROCESSING DEVICES AND CARRIERS)"(베딩험 등)인 미국 특허 제7,595,200호에서 확인될 수 있다. 이들의 전체 개시 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
도 1은 본 발명의 샘플 처리 장치 상에 존재할 수 있는 하나의 처리 어레이(100)의 개략도를 예시한다. 처리 어레이(100)는 일반적으로 샘플 처리 장치의 중심(101) 또는 샘플 처리 장치가 그것을 중심으로 회전될 수 있는 회전축(A-A)에 대해 반경방향으로 배향될 것이며, 회전축(A-A)은 도 1의 페이지의 평면 내외로 연장한다. 즉, 처리 어레이는 하류 이동 방향을 한정하도록 샘플 처리 장치가 회전됨에 따라 샘플 물질이 반경방향 외향 방향으로(즉, 중심(101)으로부터 멀리, 도 1의 저부를 향해) 이동하도록 한다. 미세유체 구조물 내에 존재할 수 있는 다른 더 낮은 밀도의 유체(예컨대, 기체)는 상류 이동 방향을 한정하도록 샘플 처리 장치가 회전됨에 따라 일반적으로 더 높은 밀도의 유체(예컨대, 액체)에 의해 변위될 것이고 일반적으로 반경방향 내향 방향으로(즉, 중심(101)을 향해, 도 1의 상부를 향해) 유동할 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 처리 어레이(100)는 프로세스(또는 검출) 챔버(150)와 유체 연통되는 투입 챔버(115)를 포함할 수 있다. 처리 어레이(100)는, 투입 챔버(115) 내로 개방되고 물질이 그를 통해 처리 어레이(100) 내로 로딩될 수 있는 투입 개구부 또는 포트(110)를 포함할 수 있다. 투입 개구부(110)는 원시 미처리 샘플이 상당한 또는 임의의 전-처리, 희석, 측정, 혼합 등을 필요로 하지 않고서 분석을 위해 처리 어레이(100) 내로 로딩되도록 할 수 있다. 이로써, 샘플 및/또는 시약이 정밀한 측정 또는 처리 없이 첨가될 수 있다. 투입 개구부(110)는 물질(들)이 처리 어레이(100)에 첨가된 후에 캡핑(capped), 플러깅(plugged), 막힘(stopped), 또는 달리 폐쇄 또는 밀봉될 수 있어서, 처리 어레이(100)는 그 후 더욱 상세히 후술되는 바와 같이, 주변에 대해 폐쇄되고 "통기되지 않는다".
도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 투입 챔버(115)는 투입 챔버(115)를 적어도 계량 부분, 챔버 또는 저장조(118) 및 폐기물 부분, 챔버 또는 저장조(120)로 분할하도록 위치되는, 하나 이상의 배플 또는 벽(116) 또는 다른 적합한 유체 지향 구조물을 포함할 수 있다. 배플(116)은 유체를 투입 챔버(115)로 지향 및/또는 함유시키도록 기능할 수 있다.
샘플, 시약 또는 다른 물질이 투입 개구부(110)를 통해 처리 어레이(100) 내로 로딩될 수 있다. 처리 어레이(100)가 그 상에 배치되는 샘플 처리 장치가 회전축(A-A)을 중심으로 회전됨에 따라, 샘플은 이어서 (예컨대, 하나 이상의 배플(116)에 의해) 계량 저장조(118)로 지향될 것이다. 계량 저장조(118)는 선택된 체적의 물질을 보유 또는 유지하도록 구성되는데, 임의의 과량은 폐기물 저장조(120)로 지향된다. 일부 실시예에서, 투입 챔버(115) 또는 그의 일부분은 "제1 챔버" 또는 "제1 프로세스 챔버"로 지칭될 수 있고, 프로세스 챔버(150)는 "제2 챔버" 또는 "제2 프로세스 챔버"로 지칭될 수 있다.
계량 저장조(118)는 중심(101)과 회전축(A-A)을 향해 위치되는 제1 단부(122) 및 중심(101)과 회전축(A-A)으로부터 멀리(즉, 제1 단부(122)의 반경방향 외향으로) 위치되는 제2 단부(124)를 포함할 수 있어서, 샘플 처리 장치가 회전됨에 따라, 샘플은 계량 저장조(118)의 제2 단부(124)를 향해 가압된다. 계량 저장조(118)의 제2 단부(124)를 한정하는 하나 이상의 배플 또는 벽(116)은 선택된 체적을 한정하도록 배열되는 기부(base: 123) 및 측벽(126)(예컨대, 부분 측벽)을 포함할 수 있다. 측벽(126)은 선택된 체적을 초과하는 임의의 체적이 측벽(126)을 흘러 넘쳐 폐기물 저장조(120) 내로 흘려 보내지도록 배열된다. 결과적으로, 폐기물 저장조(120)의 적어도 일부분은 계량 저장조(118)의 또는 투입 챔버(115)의 나머지 부분의 반경방향 외향으로 위치되어, (예컨대, 샘플 처리 장치가 회전축(A-A)을 중심으로 회전되는 동안에) 과량의 체적의 물질이 폐기물 저장조(120)로 이동하는 것을 용이하게 하고 과량의 체적이 반경방향-외향으로 지향되는 힘 하에서 계량 저장조(118) 내로 다시 이동하는 것을 억제할 수 있다.
달리 말하면, 투입 챔버(115)는 투입 개구부(110)로부터의 물질을 계량 저장조(118)를 향해 지향시키도록 위치되는 하나 이상의 제1 배플(116A) 및 선택된 체적의 유체를 함유하고/하거나 선택된 체적을 초과하는 유체를 폐기물 저장조(120) 내로 지향시키도록 위치되는 하나 이상의 제2 배플(116B)을 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 기부(123)는 모세관 밸브(130)의 적어도 일부분을 형성하도록 구성될 수 있는, 내부에 형성된 개구 또는 유체 통로(128)를 포함할 수 있다. 결과적으로, 유체 통로(128)의 단면적은 유체가 모세관력으로 인해 유체 통로(128) 내로 유동하는 것이 억제되도록 계량 저장조(118)(또는 계량 저장조(118) 내에 보유된 유체의 체적)에 비해 충분히 작을 수 있다. 결과적으로, 일부 실시예에서, 유체 통로(128)는 "협착부(constriction)" 또는 "협착된 통로"로 지칭될 수 있다.
일부 실시예에서, 투입 챔버(115)(또는 계량 저장조(118)와 같은 그의 일부분)의 체적에 대한 유체 통로(128)의 단면적의 종횡비는 예컨대 주어진 표면 장력의 유체에 대해 유체가 원할 때까지 유체 통로(128) 내로 유동하지 않을 것을 적어도 부분적으로 보장하도록 제어될 수 있다.
예를 들어, 일부 실시예에서, (예컨대, 계량 저장조(118)의 기부(123)에 있는 유체 통로(128)의 입구에서의) 유체 통로의 단면적(A p ) 대 유체가 그로부터 유체 통로(128) 내로 이동할 수 있는 저장조(예컨대, 투입 챔버(115), 또는 계량 저장조(118)와 같은 그의 일부분)의 체적(V)의 비, 즉 A p : V는 약 1: 25 내지 약 1: 500의 범위일 수 있고, 일부 실시예에서는 약 1: 50 내지 약 1: 300의 범위일 수 있으며, 일부 실시예에서는 약 1: 100 내지 약 1: 200의 범위일 수 있다. 달리 말하면, 일부 실시예에서, 비율 A p /V는 약 0.01 이상, 일부 실시예에서는 약 0.02 이상, 일부 실시예에서는 약 0.04 이상일 수 있다. 일부 실시예에서, 비율 A p /V는 약 0.005 이하, 일부 실시예에서는 약 0.003 이하, 일부 실시예에서는 약 0.002 이하일 수 있다. 또 달리 말하면, 일부 실시예에서, 비율 V/A p 또는 V 대 A p 의 비는 약 25(즉, 25 대 1) 이상, 일부 실시예에서는 약 50(즉, 약 50 대 1) 이상, 일부 실시예에서는 약 100(즉, 약 100 대 1) 이상일 수 있다. 일부 실시예에서, 비율 V/A p 또는 V 대 A p 의 비는 약 500(즉, 약 500 대 1) 이하, 일부 실시예에서는 약 300(즉, 약 300 대 1) 이하, 일부 실시예에서는 약 200(즉, 약 200 대 1) 이하일 수 있다.
일부 실시예에서, 이들 비는 유체 통로(128)에 다양한 치수를 채용함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 유체 통로(128)는 약 0.5 ㎜ 이하, 일부 실시예에서는 약 0.25 ㎜ 이하, 일부 실시예에서는 약 0.1 ㎜ 이하의 (예컨대, 직경, 폭, 깊이, 두께 등과 같은, 중심(101)으로부터 반경을 따라 그의 길이에 수직한) 횡방향 치수를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 유체 통로(128)의 단면적(A p )은 약 0.1 ㎟ 이하, 일부 실시예에서는 약 0.075 ㎟ 이하, 일부 실시예에서는 약 0.5 ㎟ 이하일 수 있다. 일부 실시예에서, 유체 통로(128)는 약 0.1 ㎜ 이상, 일부 실시예에서는 약 0.5 ㎜ 이상, 일부 실시예에서는 약 1 ㎜ 이상의 길이를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 유체 통로(128)는 약 0.5 ㎜ 이하, 일부 실시예에서는 약 0.25 ㎜ 이하, 일부 실시예에서는 약 0.1 ㎜ 이하의 길이를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어, 유체 통로(128)는 약 0.25 ㎜의 폭, 약 0.25 ㎜의 깊이(즉, 약 0.0625 ㎟의 단면적) 및 약 0. 25 ㎜의 길이를 가질 수 있다.
모세관 밸브(130)는 계량 저장조(118)의 제2 단부(124)와 유체 연통되어 배치될 수 있어서, 유체 통로(128)는 회전축(A-A)에 대해 계량 저장조(118)의 반경방향 외향으로 위치된다. 모세관 밸브(130)는 유체 통로(128)의 치수, 계량 저장조(118) 및/또는 유체 통로(128)를 한정하는 표면의 표면 에너지, 유체의 표면 장력, 유체에 가해지는 힘, (예컨대, 후술되는 바와 같이, 하류에 형성되는 증기 폐색(vapor lock)의 결과로서) 존재할 수 있는 임의의 배압(backpressure), 및 이들의 조합 중 적어도 하나에 따라, 유체(즉, 액체)가 계량 저장조(118)로부터 유체 통로(128) 내로 이동하는 것을 억제하도록 구성된다. 결과적으로, 유체 통로(128)(예컨대, 협착부)는, (예컨대, 회전축(A-A)을 중심으로 한 처리 어레이(100)의 회전에 의해) 유체에 가해지는 힘, 유체의 표면 장력, 및/또는 유체 통로(128)의 표면 에너지가 유체를 유체 통로(128) 내로 그리고/또는 유체 통로를 지나 이동시키기에 충분할 때까지, 유체가 밸브 챔버(134)로 유입되는 것을 억제하도록 구성(예컨대, 치수설정)될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 모세관 밸브(130)는 격막 밸브(septum valve)(132)와 직렬로 배열될 수 있어서, 모세관 밸브(130)는 격막 밸브(132)의 반경방향 내향으로 그리고 격막 밸브(132)의 입구와 유체 연통되어 위치된다. 격막 밸브(132)는 밸브 챔버(134) 및 밸브 격막(136)을 포함할 수 있다. 회전 플랫폼(platform) 상에서의 주어진 배향(예컨대, 실질적으로 수평)에서, 모세관력은 유체 유동을 제어하도록 원심력에 의해 평형되고 상쇄될 수 있다. 격막 밸브(132)(때때로 "상-변화-유형 밸브"로도 지칭됨)는 밸브 격막(136)을 통한 통로를 개방시키도록 밸브 격막(136)의 용융을 유발할 수 있는 열 공급원(예컨대, 전자기 에너지)을 수용할 수 있다.
격막(136)은 밸브 챔버(134)와 처리 어레이(100) 내의 하나 이상의 하류 유체 구조물, 예컨대 프로세스 챔버(150) 또는 이들 사이의 임의의 유체 채널 또는 챔버 사이에 배치될 수 있다. 이로써, 프로세스 챔버(150)는 격막 밸브(132)(즉, 밸브 챔버(134))의 출구와 유체 연통될 수 있고, 회전축(A-A) 및 중심(101)에 대해 밸브 챔버(134)의 적어도 부분적으로 반경방향 외향으로 위치될 수 있다. 밸브 격막(136)의 이러한 배열은 도 2 내지 도 8의 샘플 처리 장치(200)와 관련하여 더욱 상세히 후술될 것이다. 일부 실시예에서, 격막(136)은 밸브 챔버(134)와 프로세스 챔버(150) 사이에 직접 위치될 수 있지만, 일부 실시예에서, 다양한 채널 또는 챔버와 같은 다양한 유체 구조물이 밸브 챔버(134)와 프로세스 챔버(150)를 유동적으로 결합시키기 위해 사용될 수 있다. 그러한 유체 구조물이 도 1에서 점선에 의해 개략적으로 나타내어져 있고, 일반적으로 "분배 채널"(140)로 지칭된다.
격막(136)은 (i) 격막(136)이 유체(및 특히 액체)에 대해 불투과성이고 밸브 챔버(134)를 임의의 하류 유체 구조물로부터 유동적으로 격리시키도록 위치되는 폐쇄된 구성; 및 (ii) 격막(136)이 유체, 특히 액체에 대해 투과성이고(예컨대, 샘플이 그를 통해 유동하는 것을 촉진하도록 크기설정된 하나 이상의 개구를 포함하고) 밸브 챔버(134)와 임의의 하류 유체 구조물 사이의 유체 연통을 허용하는 개방된 구성을 포함할 수 있다. 즉, 밸브 격막(136)은 그것이 온전할 때 유체(즉, 액체)가 밸브 챔버(134)와 임의의 하류 유체 구조물 사이에서 이동하는 것을 방지할 수 있다.
밸빙 구조물(valving structure) 및 프로세스의 다양한 특징부 및 상세 사항은 각각 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 2011년 5월 18일자로 출원된 공히 계류 중인 미국 특허 출원 제61/487,669호 및 2011년 5월 25일자로 출원된 공히 계류 중인 미국 특허 출원 제61/490,012호에 기술되어 있다.
밸브 격막(136)은 가시광선, 적외선 및/또는 자외선 스펙트럼의 전자기 에너지와 같은 전자기 에너지를 통과시키지 않거나 그에 대해 흡수성인 불투과성 장벽을 포함하거나 그로 형성될 수 있다. 본 발명과 관련하여 사용되는 바와 같이, "전자기 에너지"라는 용어(및 이의 변형)는 물리적 접촉이 없을 때 공급원으로부터 원하는 위치 또는 물질로 전달될 수 있는 전자기 에너지(파장/주파수와는 무관함)를 의미한다. 전자기 에너지의 비제한적 예는 레이저 에너지, 무선-주파수(radio-frequency, RF), 마이크로파 방사선, 광 에너지(자외선 내지 적외선 스펙트럼을 포함함) 등을 포함한다. 일부 실시예에서, 전자기 에너지는 자외선 내지 적외선 방사선의 스펙트럼(가시 스펙트럼을 포함함) 내에 속하는 에너지로 제한될 수 있다. 밸브 격막(136)의 다양한 추가의 상세 사항은 도 2 내지 도 8의 샘플 처리 장치(200)와 관련하여 후술될 것이다.
모세관 밸브(130)는 격막 밸브(132)와 직렬인 것으로, 특히 격막 밸브(132)의 입구 또는 상류 단부의 상류에 있고 그와 유체 연통되는 것으로 도 1에 도시되어 있다. 모세관 밸브(130) 및 격막 밸브(132)의 그러한 구성은 밸브 격막(136)이 폐쇄된 구성으로 있고 샘플이 이동되며 처리 어레이(100) 내에서 압력이 발생하도록 허용된 때 증기 폐색(즉, 밸브 챔버(134) 내)을 생성할 수 있다. 그러한 구성은 또한 (예컨대, 예를 들어 샘플의 표면 장력이 일정하게 유지될 때 샘플에 가해지는 원심력을 제어함으로써; 및/또는 샘플의 표면 장력을 제어함으로써) 유체(즉, 액체)가 밸브 챔버(134)로 유입되어 밸브 격막(136)에 인접하여 수집되는 것이 허용되는 때를 사용자가 제어할 수 있도록 할 수 있다. 즉, 모세관 밸브(130)는 격막 밸브(132)를 개방시키기 전에, 즉 밸브 격막(136)이 폐쇄된 구성으로 있을 때, 유체(즉, 액체)가 밸브 챔버(134)로 유입되어 밸브 격막(136)에 인접하여 고이거나 수집되는 것을 억제할 수 있다.
모세관 밸브(130)와 격막 밸브(132)는 함께 또는 개별적으로 처리 어레이(100)의 "밸브" 또는 "밸빙 구조물"로 지칭될 수 있다. 즉, 처리 어레이(100)의 밸빙 구조물은 일반적으로 모세관 밸브와 격막 밸브를 포함하는 것으로 전술되지만; 일부 실시예에서, 처리 어레이(100)의 밸브 또는 밸빙 구조물은 간략히 유체 통로(128), 밸브 챔버(134) 및 밸브 격막(136)을 포함하는 것으로 기술될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 일부 실시예에서, 유체 통로(128)는 투입 챔버(115)의 일부분을 형성하는 것으로(예컨대, 계량 저장조(118)의 일부분을 형성하는 것으로) 기술될 수 있어서, 하류 단부(124)는 유체가 요구될 때까지 밸브 챔버(134)로 유입되는 것을 억제하도록 구성되는 유체 통로(128)를 포함한다.
유체(즉, 액체)가 밸브 격막(136)의 일측에 인접하여 수집되는 것을 억제함으로써, 밸브 격막(136)이 다른 물질의 간섭 없이 개방, 즉 폐쇄된 구성으로부터 개방된 구성으로 변화될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 밸브 격막(136)은 적합한 파장의 전자기 에너지를 밸브 격막(136)의 일측으로 지향시켜 밸브 격막(136) 내에 공극을 형성함으로써 개방될 수 있다. 본 발명자는 일부 경우에, 액체가 밸브 격막(136)의 반대측 상에 수집된 경우, 그 액체가 전자기 에너지에 대한 히트 싱크(heat sink)로서 기능함으로써 공극 형성(예컨대, 용융) 프로세스를 방해할 수 있으며, 이는 밸브 격막(136) 내에 공극을 형성하는 데 필요한 출력 및/또는 시간을 증가시킬 수 있다는 것을 밝혀냈다. 결과적으로, 유체(즉, 액체)가 밸브 격막(136)의 일측에 인접하여 수집되는 것을 억제함으로써, 밸브 격막(136)은 밸브 격막(136)의 제2 측 상에 유체(예컨대, 샘플 또는 시약과 같은 액체)가 존재하지 않을 때 전자기 에너지를 밸브 격막(136)의 제1 측으로 지향시킴으로써 개방될 수 있다. 유체(예컨대, 액체)가 밸브 격막(136)의 배면 상에 수집되는 것을 억제함으로써, 격막 밸브(132)는 레이저 출력(예컨대, 440, 560, 670, 780, 및 890 밀리와트(mW)), 레이저 펄스 폭 또는 지속기간(예컨대, 1 또는 2초), 및 레이저 펄스의 수(예컨대, 1 또는 2 펄스)와 같은 다양한 밸빙 조건에 걸쳐 신뢰성 있게 개방될 수 있다.
결과적으로, 모세관 밸브(130)는 (i) 선택된 체적의 물질이 계량되어 하류 프로세스 챔버(150)로 전달될 수 있도록 계량 저장조(118)의 폐쇄된 단부를 효과적으로 형성하고, (ii) 예를 들어 밸브 챔버(134) 내에 증기 폐색을 생성함으로써, 밸브 격막(136)이 그의 폐쇄된 구성으로 있을 때 유체(예컨대, 액체)가 밸브 격막(136)의 일측에 인접하여 수집되는 것을 효과적으로 억제하는 기능을 한다.
밸브 격막(136) 내에 개구 또는 공극이 형성된 후, 밸브 챔버(134)는 밸브 격막(136) 내의 공극을 통해 프로세스 챔버(150) 및 그들 사이의 임의의 분배 채널(140)과 같은 하류 유체 구조물과 유체 연통된다. 위에서 언급된 바와 같이, 물질이 처리 어레이(100) 내로 로딩된 후, 투입 개구부(110)가 폐쇄, 밀봉 및/또는 플러깅될 수 있다. 이로써, 처리 어레이(100)는 처리 동안 주변으로부터 밀봉되거나 "통기되지 않을" 수 있다.
단지 예로서, 샘플 처리 장치가 회전축(A-A)을 중심으로 제1 속도(예컨대, 분당 회전수(RPM)로 보고되는 각속도)로 회전될 때, 제1 힘(원심력)이 처리 어레이(100) 내의 물질에 가해진다. 계량 저장조(118) 및 유체 통로(128)는 제1 원심력이 주어진 표면 장력의 샘플을 비교적 좁은 유체 통로(128) 내로 가압시키기에 불충분하도록 (예컨대, 표면 에너지, 상대 치수 및 단면적 등에 관하여) 구성될 수 있다. 그러나, 샘플 처리 장치가 제2 속도(예컨대, 각속도, RPM)로 회전될 때, 제2 힘(원심력)이 처리 어레이(100) 내의 물질에 가해진다. 계량 저장조(118) 및 유체 통로(128)는 제2 원심력이 주어진 표면 장력의 샘플을 유체 통로(128) 내로 가압시키기에 충분하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 첨가제(예컨대, 계면활성제)가 샘플에 첨가되어, 원할 때 샘플의 표면 장력을 변경시켜 샘플이 유체 통로(128) 내로 유동하게 할 수 있다.
물질에 가해지는 제1 및 제2 힘은 또한 처리 어레이(100)가 그 상에 배치되는 샘플 처리 장치의 회전 속도 및 가속도 프로파일(예컨대, 제곱 초당 회전수(회전/초2)로 보고되는 각가속도)을 제어함으로써 적어도 부분적으로 제어될 수 있다. 일부 실시예는 다음을 포함할 수 있다:
(i) 샘플 처리 장치 상의 하나 이상의 처리 어레이(100) 내의 유체를 계량하는 데 사용될 수 있고 유체를 그 샘플 처리 장치 상의 임의의 처리 어레이(100)의 유체 통로(128) 내로 이동시키기에 불충분한 제1 속도 및 제1 가속도;
(ii) 유체를 샘플 처리 장치 상의 처리 어레이(100) 중 적어도 하나의 유체 통로(128) 내로 이동시키는 데 사용될 수 있는 제2 속도 및 제1 가속도(예컨대, 하류 격막 밸브(132)가 개방되지 않은 나머지 처리 어레이(100)의 유체 통로(128) 내로 유체가 이동하는 것을 여전히 억제하면서, 하류 격막 밸브(132)가 개방되었고 밸브 챔버(134) 내의 증기 폐색이 해제된 처리 어레이(100) 내에서); 및
(iii) 유체를 샘플 처리 장치 상의 모든 처리 어레이(100)의 유체 통로(128) 내로 이동시키는 데 사용될 수 있는 제3 속도 및 제2 가속도.
일부 실시예에서, 제1 속도는 약 1000 rpm 이하, 일부 실시예에서는 약 975 rpm 이하, 일부 실시예에서는 약 750 rpm 이하, 일부 실시예에서는 약 525 rpm 이하일 수 있다. 일부 실시예에서, "제1 속도"는 실제로 2가지 별개의 속도 - 물질을 계량 저장조(118) 내로 이동시키기 위한 하나의 속도, 및 이어서 계량 저장조(118)를 과충전시키고 과량이 폐기물 저장조(120) 내로 이동하게 함으로써 물질을 계량하기 위한 다른 하나의 속도 - 를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 이송 속도는 약 525 rpm일 수 있고, 제2 계량 속도는 약 975 rpm일 수 있다. 둘 모두가 동일한 가속도로 발생할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 가속도는 약 75 회전/초2 이하, 일부 실시예에서는 약 50 회전/초2 이하, 일부 실시예에서는 약 30 회전/초2 이하, 일부 실시예에서는 약 25 회전/초2 이하, 일부 실시예에서는 약 20 회전/초2 이하일 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 가속도는 약 24.4 회전/초2일 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 속도는 약 2000 rpm 이하, 일부 실시예에서는 약 1800 rpm 이하, 일부 실시예에서는 약 1500 rpm 이하, 일부 실시예에서는 약 1200 rpm 이하일 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 가속도는 약 150 회전/초2 이상, 일부 실시예에서는 약 200 회전/초2이상, 일부 실시예에서는 약 250 회전/초2 이상일 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 가속도는 약 244 회전/초2일 수 있다.
일부 실시예에서, 제3 속도는 약 3000 rpm 이상, 일부 실시예에서는 약 3500 rpm 이상, 일부 실시예에서는 약 4000 rpm 이상, 일부 실시예에서는 약 4500 rpm 이상일 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 제3 속도는, 속도 및 가속도 프로파일이 각각의 유체 통로(128) 내의 모세관력을 극복하기에 충분한 한, 제2 속도와 동일할 수 있다.
본 발명과 관련하여 사용되는 바와 같이, "무통기식(unvented) 처리 어레이" 또는 "무통기식 분배 시스템"은, 그 내부의 유체 구조물의 체적 내로 이어지는 개구만이 투입 챔버(115) 내에 배치되는 처리 어레이이다. 달리 말하면, 무통기식 처리 어레이 내의 프로세스 챔버(150)에 도달하기 위해, 샘플(및/또는 시약) 물질이 투입 챔버(115)로 전달되고, 이어서 투입 챔버(115)가 주변으로부터 밀봉된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 그러한 무통기식 분배 처리 어레이는 샘플 물질을 프로세스 챔버(150)로 전달하기 위한 (예컨대, 하류 방향으로) 하나 이상의 전용 채널(예컨대, 분배 채널(140)), 및 공기 또는 다른 유체가 샘플이 이동하고 있는 것과는 개별적인 경로를 통해 프로세스 챔버(150)에서 유출되도록 하기 위한 하나 이상의 전용 채널을 포함할 수 있다. 반면에, 통기식 분배 시스템은 처리 동안 주변에 대해 개방될 것이고, 또한 가능하게는 분배 시스템을 따라 하나 이상의 위치에, 예컨대 프로세스 챔버(150)에 근접하게 위치되는 공기 통기구를 포함할 것이다. 위에서 언급된 바와 같이, 무통기식 분배 시스템은 환경과 처리 어레이(100)의 내부 사이의 오염(예컨대, 처리 어레이(100)로부터의 누출, 또는 환경 또는 사용자로부터 처리 어레이(100) 내로의 오염물질의 도입)을 억제하고, 또한 하나의 샘플 처리 장치 상의 다수의 샘플 또는 처리 어레이(100) 사이의 교차-오염을 억제한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 처리 동안 처리 어레이(100) 내에서의 유체 유동을 용이하게 하기 위해, 처리 어레이(100)는 처리 어레이(100)의 하류 또는 반경방향 외향 부분(예컨대, 프로세스 챔버(150))을 프로세스 챔버(150)의 상류 또는 반경방향 내향에 있는 하나 이상의 유체 구조물(예컨대, 투입 챔버(115)의 적어도 일부분)과 유동적으로 결합시키도록 위치되는 하나 이상의 평형 채널(155)을 포함할 수 있다.
평형 채널(155)은, 유체 구조물의 달리 증기 폐색된 하류 부분으로부터 유체(예컨대, 포집된 공기와 같은 기체)의 상류 이동을 허용하여 처리 어레이(100)의 그들 달리 증기 폐색된 영역 내로의 다른 유체(예컨대, 샘플 물질, 액체 등)의 하류 이동을 용이하게 하는 부가의 채널이다. 그러한 평형 채널(155)은 처리 어레이(100) 상의 유체 구조물이 샘플 처리 동안, 즉 유체 이동 동안 주변에 대해 통기되지 않은 또는 폐쇄된 상태로 유지되도록 할 수 있다. 결과적으로, 일부 실시예에서, 평형 채널(155)은 "내부 통기구" 또는 "통기 채널"로 지칭될 수 있고, 물질 이동을 용이하게 하기 위해 포집된 유체를 배출하는 프로세스는 "내부 통기"로 지칭될 수 있다. 도 2 내지 도 8의 샘플 처리 장치(200)와 관련하여 더욱 상세히 후술되는 바와 같이, 일부 실시예에서, 평형 채널(155)은 공기가 그를 통해 순차적으로 이동하여 프로세스 챔버(150)를 빠져나갈 수 있는 일련의 채널 또는 다른 유체 구조물로 형성될 수 있다. 이로써, 평형 채널(155)은 도 1에서 점선으로서 개략적으로 나타내어져 있다.
투입 챔버(115)로부터 프로세스 챔버(150)로의 샘플(또는 시약)의 유동은 제1 이동 방향을 한정할 수 있고, 평형 채널(155)은 제1 방향과 상이한 제2 이동 방향을 한정할 수 있다. 특히, 제2 방향은 제1 방향과 반대이거나 실질적으로 반대이다. 샘플(또는 시약)이 힘(예컨대, 원심력)을 통해 프로세스 챔버(150)로 이동될 때, 제1 방향은 대체로 힘의 방향을 따라 배향될 수 있고, 제2 방향은 대체로 힘의 방향과 반대로 배향될 수 있다.
밸브 격막(136)이 (예컨대, 전자기 에너지를 격막(136)으로 방출함으로써) 개방된 구성으로 변화될 때, 적어도 부분적으로 격막(136)의 하류측을 후방으로 투입 챔버(115)까지 연결하는 평형 채널(155)로 인해 밸브 챔버(134) 내의 증기 폐색이 해제될 수 있다. 증기 폐색의 해제는 유체(예컨대, 액체)가 유체 통로(128) 내로, 밸브 챔버(134) 내로, 그리고 프로세스 챔버(150)로 유동하도록 할 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 현상은 처리 어레이(100) 내의 채널 및 챔버가 특히 수성 샘플 및/또는 시약 물질에 비해 소수성이거나 대체로 소수성 표면에 의해 한정될 때 용이해질 수 있다.
일부 실시예에서, 재료 표면의 소수성은 관심대상의 액체의 액적과 관심대상의 표면 사이의 접촉각을 측정함으로써 결정될 수 있다. 본 경우에, 그러한 측정은 다양한 샘플 및/또는 시약 물질과 샘플 및/또는 시약과 접촉할 샘플 처리 장치의 적어도 일부 표면을 형성하는 데 사용될 재료 사이에서 이루어질 수 있다. 일부 실시예에서, 샘플 및/또는 시약 물질은 수성 액체(예컨대, 현탁액 등)일 수 있다. 일부 실시예에서, 본 발명의 샘플 및/또는 시약과 처리 어레이(100)의 적어도 일부분을 형성하는 기재 재료 사이의 접촉각은 약 70° 이상, 일부 실시예에서는 약 75° 이상, 일부 실시예에서는 약 80° 이상, 일부 실시예에서는 약 90° 이상, 일부 실시예에서는 약 95° 이상, 일부 실시예에서는 약 99° 이상일 수 있다.
일부 실시예에서, 유체는 유체에 충분한 힘이 가해졌을 때(예컨대, 유체에 대한 임계 힘이 달성되었을 때, 예컨대, 회전축(A-A)을 중심으로 한 처리 어레이(100)의 회전이 임계 가속도 또는 회전 가속도를 초과하였을 때) 유체 통로(128) 내로 유동할 수 있다. 유체가 모세관 밸브(130) 내의 모세관력을 극복한 후, 유체는 개방된 밸브 격막(136)을 통해 하류 유체 구조물(예컨대, 프로세스 챔버(150))로 유동할 수 있다.
본 개시 내용 전반에 걸쳐 논의되는 바와 같이, 처리 어레이(100)를 통해 이동되는 샘플 및/또는 시약 물질의 표면 장력은 그 물질을 유체 통로(128) 내로 이동시키고 모세관력을 극복하기 위해 필요한 힘의 양에 영향을 미칠 수 있다. 일반적으로, 처리 어레이(100)를 통해 이동되는 물질의 표면 장력이 낮을수록, 모세관력을 극복하기 위해 물질에 가해지는 힘이 더 작아질 필요가 있다. 일부 실시예에서, 샘플 및/또는 시약 물질의 표면 장력은 약 40 mN/m 이상, 일부 실시예에서는 약 43 mN/m 이상, 일부 실시예에서는 약 45 mN/m 이상, 일부 실시예에서는 약 50 mN/m 이상, 일부 실시예에서는 약 54 mN/m 이상일 수 있다. 일부 실시예에서, 표면 장력은 약 80 nM/m 이하, 일부 실시예에서는 약 75 mN/m 이하, 일부 실시예에서는 약 72 mN/m 이하, 일부 실시예에서는 약 70 mN/m 이하, 일부 실시예에서는 약 60 mN/m 이하일 수 있다.
일부 실시예에서, 처리 어레이(100)를 통해 이동되는 샘플 및/또는 시약의 밀도는 약 1.00 g/㎖ 이상, 일부 실시예에서는 약 1.02 g/㎖ 이상, 일부 실시예에서는 약 1.04 g/㎖ 이상일 수 있다. 일부 실시예에서, 밀도는 약 1.08 g/㎖ 이하, 일부 실시예에서는 약 1.06 g/㎖ 이하, 일부 실시예에서는 약 1.05 g/㎖ 이하일 수 있다.
일부 실시예에서, 처리 어레이(100)를 통해 이동되는 샘플 및/또는 시약의 점도는 약 1 센티푸아즈(centipoise)(nMs/m2) 이상, 일부 실시예에서는 약 1.5 센티푸아즈 이상, 일부 실시예에서는 약 1.75 센티푸아즈 이상일 수 있다. 일부 실시예에서, 점도는 약 2.5 센티푸아즈 이하, 일부 실시예에서는 약 2.25 센티푸아즈 이하, 일부 실시예에서는 약 2.00 센티푸아즈 이하일 수 있다. 일부 실시예에서, 점도는 1.0019 센티푸아즈 또는 2.089 센티푸아즈일 수 있다.
하기 표는 본 발명에서 샘플 희석제 및/또는 시약으로서 채용될 수 있는 수성 배지에 대한 다양한 데이터를 포함한다. 일례는 바이러스, 클라미디아(Chlamydia), 미코플라스마(Mycoplasma), 및 우레아플라스마(Ureaplasma)용 코판 범용 수송 배지(Copan Universal Transport Media)("UTM"), 3.0 ㎖ 튜브, 부품 번호 330C, 로트 39P505 (미국 조지아주 무리에타 소재의 코판 다이아그노스틱스(Copan Diagnostics))이다. 이러한 UTM은 예에서 샘플로서 사용된다. 다른 예는 포커스 다이아그노스틱스(미국 캘리포니아주 사이프러스 소재)로부터 입수가능한 시약 마스터 믹스("시약")이다. 25℃에서의 물 및 물 중 25% 글리세롤에 대한 점도 및 밀도 데이터가 하기 표에 포함되는데, 그 이유는 본 발명의 일부 샘플 및/또는 시약 물질이 물의 물질 특성으로부터 물 중 25% 글리세롤(25% 포함)의 물질 특성까지의 범위인 물질 특성을 가질 수 있기 때문이다. 하기 표 내의 접촉각도 측정치는 흑색 폴리프로필렌에서 측정되었는데, 흑색 폴리프로필렌은 플린트 힐스 리소시스(Flint Hills Resources)(미국 캔자스주 위치타 소재)로부터의 제품 번호 P4G3Z-039 폴리프로필렌 (천연)을 클라리언트 코포레이션(Clariant Corporation)(스위스 무텐즈 소재)으로부터 입수가능한 클라리언트 착색제 UN0055P (짙은 흑색(카본 블랙), 3% LDR)와 배합함으로써 형성되었다. 그러한 흑색 폴리프로필렌은 일부 실시예에서 사용되어, 본 발명의 샘플 처리 장치의 적어도 일부분(예를 들어, 기재)을 형성할 수 있다.
Figure pct00001
무통기식 처리 어레이를 포함하는 샘플 처리 장치 내에서 샘플 물질을 이동시키는 것은 회전 동안에 장치를 교번적으로 가속 및 감속시킴으로써 용이하게 되어, 본질적으로 샘플 물질을 다양한 채널 및 챔버를 통해 버핑(burping)시킬 수 있다. 회전은 적어도 2개의 가속/감속 사이클, 즉 초기 가속, 뒤이은 감속, 제2회의 가속 및 제2회의 감속을 사용하여 수행될 수 있다.
가속/감속 사이클은 평형 채널(155)과 같은 평형 채널을 포함하는 처리 어레이의 실시예에서는 필요하지 않을 수 있다. 평형 채널(155)은 공기 또는 다른 유체가 유체 구조물을 통한 샘플 물질의 유동을 방해하는 것을 방지하는 것을 도울 수 있다. 평형 채널(155)은 변위된 공기 또는 다른 유체가 프로세스 챔버(150)에서 유출되는 경로를 제공하여 분배 시스템 내에서 압력을 평형화시키는데, 이는 분배 시스템을 "버핑"시키기 위한 가속 및/또는 감속에 대한 필요성을 최소화시킬 수 있다. 그러나, 가속 및/또는 감속 기술은 무통기식 분배 시스템을 통한 샘플 물질의 분배를 더욱 용이하게 하기 위해 여전히 사용될 수 있다. 가속 및/또는 감속 기술은 전자기 에너지-유도된 밸빙, 불완전하게 성형된 채널/챔버 등에 의해 생성된 거친 에지(edge)와 같은 불규칙 표면 위에서 그리고/또는 그 주위에서 유체를 이동하게 하는 것을 돕는 데 또한 유용할 수 있다.
가속 및/또는 감속이 신속하다면 더욱 도움이 될 수 있다. 일부 실시예에서, 회전은 단지 일 방향만일 수 있는데, 즉 로딩 프로세스 동안에 회전 방향을 역으로 하는 것이 필요하지 않을 수 있다. 그러한 로딩 프로세스는 시스템 내로의 개구(들)보다 회전축(A-A)으로부터 더 멀리 배치된 시스템의 그러한 부분에서의 공기를 샘플 물질이 변위시키게 한다.
실제 가속률 및 감속률은 다양한 인자들, 예컨대 온도, 장치의 크기, 회전축으로부터의 샘플 물질의 거리, 장치의 제조에 사용되는 재료, 샘플 물질의 특성(예컨대, 점도) 등에 기초하여 변할 수 있다. 유용한 가속/감속 프로세스의 일례는 약 4000 회전/분(rpm)까지의 초기 가속, 뒤이은 약 1초의 기간에 걸친 약 1000 rpm까지의 감속을 포함할 수 있는데, 이때 샘플 물질이 원하는 거리를 이동할 때까지 1초 간격으로 1000 rpm과 4000 rpm 사이에서의 장치의 회전 속도의 변동이 있다.
유용한 로딩 프로세스의 다른 예는 약 500 rpm의 제1 회전 속도까지의 약 20 회전/초2 이상의 초기 가속, 뒤이은 제1 회전 속도에서의 5초 유지, 뒤이은 약 1000 rpm의 제2 회전 속도까지의 약 20 회전/초2 이상의 제2 가속, 뒤이은 제2 회전 속도에서의 5초 유지를 포함할 수 있다. 유용한 로딩 프로세스의 다른 예는 약 1800 rpm의 회전 속도까지의 약 20 회전/초2 이상의 초기 가속, 뒤이은 그 회전 속도에서의 10초 유지를 포함할 수 있다.
프로세스 챔버(150) 내의 공기 또는 다른 유체는 프로세스 챔버(150)가 샘플 물질 또는 다른 물질을 수용할 때 변위될 수 있다. 평형 채널(155)은 변위된 공기 또는 다른 변위된 유체가 프로세스 챔버(150) 밖으로 통과하는 경로를 제공할 수 있다. 평형 채널(155)은 분배 시스템의 일부 채널이 일 방향(예컨대, 상류 또는 하류 방향)으로의 유체의 유동에 전용이 될 수 있게 함으로써 처리 어레이(100) 내에서 압력을 평형화하는 것에 의해 처리 어레이(100)를 통한 유체의 더욱 효율적인 이동을 도울 수 있다. 도 1의 처리 어레이(100)에서, 물질(예컨대, 관심대상의 샘플)은 일반적으로, 투입 챔버(115)로부터 모세관 밸브(130) 및 격막 밸브(132)를 통해, 선택적으로 분배 채널(140)을 통해, 프로세스 챔버(150)로 중심(101)에 대해 하류 및 반경방향 외향으로 유동한다. 다른 유체(예컨대, 프로세스 챔버(150) 내에 존재하는 기체)는 일반적으로, 프로세스 챔버(150)로부터 평형 채널(155)을 통해 투입 챔버(115)로 상류 또는 반경방향 내향으로, 즉 샘플 이동의 방향에 대체로 반대 방향으로 유동할 수 있다.
밸빙 구조물로 돌아가면, 밸브 격막(136)의 하류측은 밸브 챔버(134)(및 궁극적으로는, 투입 챔버(115), 및 특히 계량 저장조(118))와 프로세스 챔버(150)를 유동적으로 결합시키는 분배 채널(140)에 대면하고 결국은 (예컨대, 개구 또는 공극이 밸브 격막(136)에 형성된 후에) 분배 채널 내로 개방된다.
물질에 힘이 가해져, 물질이 투입 챔버(115)(즉, 계량 저장조(118))로부터, 유체 통로(128)를 통해, 밸브 챔버(134) 내로, 밸브 격막(136) 내의 공극을 통해, 선택적인 분배 채널(140)을 따라, 그리고 프로세스 챔버(150) 내로 이동하게 할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 그러한 힘은 처리 어레이(100)가 예를 들어 회전축(A-A)을 중심으로 그 상에 배치된 샘플 처리 장치를 회전시킴으로써 생성될 수 있는 원심력이어서, 물질을 회전축(A-A)으로부터 반경방향 외향으로 이동되게 할 수 있다(즉, 그 이유는 프로세스 챔버(150)의 적어도 일부분이 투입 챔버(115)의 반경방향 외향으로 배치되기 때문임). 그러나, 그러한 힘은 또한, 압력차(예컨대, 정압 및/또는 부압) 및/또는 중력에 의해 확립될 수 있다. 적당한 힘 하에서, 샘플은 다양한 유체 구조물을 통해 횡단하여 궁극적으로는 프로세스 챔버(150) 내에 머무를 수 있다. 특히, 격막 밸브(132)가 개방되고 충분한 힘이 샘플에 가해져 샘플을 모세관 밸브(130)의 유체 통로(128)를 통해 이동시킨 후에, 계량 저장조(118)(즉, 배플(116) 및 폐기물 저장조(120))에 의해 제어된 바와 같은 선택된 체적의 물질이 프로세스 챔버(150)로 이동될 것이다.
본 발명의 하나의 예시적인 샘플 처리 장치 또는 디스크(200)가 도 2 내지 도 8에 도시되어 있다. 샘플 처리 장치(200)는 단지 예로서 형상이 원형인 것으로 도시되어 있다. 샘플 처리 장치(200)는 중심(201)을 포함할 수 있고, 샘플 처리 장치(200)는 샘플 처리 장치(200)의 중심(201)을 통해 연장하는 회전축(B-B)을 중심으로 회전될 수 있다. 샘플 처리 장치(200)는, 유사한 도면 부호가 유사한 요소를 대체로 나타내는, 전술된 도 1의 처리 어레이(100)의 다양한 특징부 및 요소를 포함할 수 있다. 따라서, 전술된 처리 어레이(100)의 특징부의 임의의 상세 사항, 특징부, 또는 이들의 대안물은 샘플 처리 장치(200)의 특징부로 확장될 수 있다. 샘플 처리 장치(200)의 추가의 상세 사항 및 특징부는 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 2011년 5월 18일자로 출원된 공히 계류 중인 미국 의장 출원 제29/392,223호에서 확인될 수 있다.
샘플 처리 장치(200)는 기재 또는 본체(202), 기재(202)의 상부 표면(206)에 결합된 하나 이상의 제1 층(204), 및 기재(202)의 저부 표면(209)에 결합된 하나 이상의 제2 층(208)으로 형성된 다층 복합 구조물일 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 기재(202)는 상부 표면(206)에서 3개의 단차부 또는 높이부(213)를 갖는 단차형 구성을 포함한다. 결과적으로, 샘플 처리 장치(200)의 각각의 단차부(213)에서 소정 체적의 물질(예컨대, 샘플)을 유지하도록 설계된 유체 구조물(예컨대, 챔버)은 기재(202), 제1 층(204), 및 제2 층(208)에 의해 적어도 부분적으로 한정될 수 있다. 또한, 3개의 단차부(213)를 포함하는 단차형 구성 때문에, 샘플 처리 장치(200)는 샘플 처리 장치(200)의 각각의 단차부(213)에 대해 하나씩인 3개의 제1 층(204)을 포함할 수 있다. 이러한 유체 구조물의 배열 및 단차형 구성은 단지 예로서 도시되며, 본 발명은 그러한 설계에 의해 제한되도록 의도되지 않는다.
기재(202)는 중합체, 유리, 규소, 석영, 세라믹 또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 재료로 형성될 수 있다. 기재(202)가 중합체인 실시예에서, 기재(202)는 성형과 같은 비교적 손쉬운 방법에 의해 형성될 수 있다. 기재(202)가 균질한 일편의 일체형 본체로서 도시되지만, 대안적으로는 예를 들어 동일하거나 상이한 재료의 층들로 형성된 비-균질 본체로서 제공될 수 있다. 기재(202)가 샘플 물질과 직접 접촉할 샘플 처리 장치(200)의 경우, 기재(202)는 샘플 물질과 비-반응성인 하나 이상의 재료로 형성될 수 있다. 많은 상이한 생물학적 분석 응용에서 기재로 사용될 수 있는 일부 적합한 중합체 재료의 예는 폴리카르보네이트, 폴리프로필렌(예컨대, 아이소택틱 폴리프로필렌), 폴리에틸렌, 폴리에스테르 등, 또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 이들 중합체는 일반적으로, 후술되는 바와 같이, 유체 구조물을 한정하는 데 유용할 수 있는 소수성 표면을 나타낸다. 폴리프로필렌은 일반적으로 폴리카르보네이트 또는 PMMA와 같은 다른 중합체 재료 중 일부의 중합체 재료보다 더 소수성이지만, 열거된 중합체 재료들 모두는 일반적으로 실리카계 미세전기기계 시스템(microelectromechanical system, MEMS) 장치보다 더 소수성이다.
도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 샘플 처리 장치(200)는, 예를 들어 전자기 에너지 공급원, 광학 모듈 등에 대해 샘플 처리 장치(200)를 호밍(homing) 및 위치설정하기 위해, 기재(202)를 통해 형성된 슬롯(275) 또는 다른 구조물(예컨대, 반사성 탭(tab) 등)을 포함할 수 있다. 그러한 호밍은 다양한 밸빙 프로세스뿐만 아니라, 선택된 체적의 물질이 프로세스 챔버(250) 내에 존재하는지를 판단하기 위한 프로세스를 비롯한 다른 분석 또는 검출 프로세스에서 사용될 수 있다. 샘플 처리 장치를 처리하기 위한 그러한 시스템 및 방법은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 2011년 5월 18일자로 출원된 공히 계류 중인 미국 출원 제61/487,618호에 기술되어 있다.
샘플 처리 장치(200)는 복수의 프로세스 또는 검출 챔버(250)를 포함하며, 이들 각각은 샘플 및 샘플과 함께 열 처리될(예컨대, 사이클링될) 임의의 다른 물질을 함유하기 위한 체적을 한정한다. 본 발명과 관련하여 사용되는 바와 같이, "열 처리"(및 이의 변형)는 원하는 반응을 얻기 위해 샘플 물질의 온도의 제어(예컨대, 유지, 상승, 또는 하강)를 의미한다. 열 처리의 하나의 형태로서, "열 사이클링"(및 이의 변형)은 원하는 반응을 얻기 위해 2개 이상의 온도 설정점들 사이에서 샘플 물질의 온도를 순차적으로 변화시키는 것을 의미한다. 열 사이클링은, 예컨대 낮은 온도와 높은 온도 사이에서의 사이클링, 낮은 온도, 높은 온도 및 적어도 하나의 중간 온도 사이에서의 사이클링 등을 수반할 수 있다.
예시된 장치(200)는 각각의 레인(lane)(203)에 대해 하나씩 8개의 검출 챔버(250)를 포함하지만, 본 발명에 따라 제조되는 장치와 관련하여 제공되는 검출 챔버(250)의 정확한 수는 원하는 대로 8개보다 많거나 적을 수 있다는 것을 이해할 것이다.
예시적인 장치(200) 내의 프로세스 챔버(250)는 챔버의 형태이지만, 본 발명의 장치 내의 프로세스 챔버는 모세관, 통로, 채널, 홈, 또는 임의의 다른 적합하게 한정된 체적의 형태로 제공될 수 있다.
일부 실시예에서, 샘플 처리 장치(200)의 기재(202), 제1 층(204), 및 제2 층(208)은, 예컨대 프로세스 챔버 내에 배치된 구성요소들이 열 처리 동안에 신속하게 가열됨에 따라 프로세스 챔버(250) 내에서 발생될 수 있는 팽창력에 견디기에 충분한 강도로 함께 부착 또는 접합될 수 있다. 구성요소들 사이의 접합부의 강건성(robustness)은, 장치(200)가 열 사이클링 프로세스, 예컨대 PCR 증폭에 사용될 경우에 특히 중요할 수 있다. 그러한 열 사이클링에 수반되는 반복적인 가열 및 냉각은 샘플 처리 장치(200)의 측부들 사이의 접합에 더욱 엄격한 요구사항을 부과할 수 있다. 구성요소들 사이의 더욱 강건한 접합에 의해 다루어지는 다른 잠재적인 문제는 구성요소들의 제조에 사용되는 상이한 재료들의 열팽창 계수의 임의의 차이이다.
제1 층(204)은 투명하거나 불투명하거나 반투명한 필름 또는 포일(foil), 예컨대 접착제-코팅된 폴리에스테르, 폴리프로필렌 또는 금속 포일, 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있어서, 샘플 처리 장치(200)의 하부에 놓인 구조물이 보이게 된다. 제2 층(208)은 투명하거나 불투명할 수 있지만 종종 열 전도성 금속(예컨대, 금속 포일) 또는 다른 적합하게 열 전도성인 재료로 형성되어, 샘플 처리 장치(200)가 물리적으로 결합(및/또는 접촉하도록 가압되는) 압반(platen) 및/또는 열 구조물(예컨대, 회전 플랫폼(25)의 일부분에 결합되거나 그의 일부분을 형성함)로부터의 전도에 의한 열 또는 냉기를 샘플 처리 장치(200)로, 특히 필요할 때 검출 챔버(250)로 전달하게 한다.
제1 및 제2 층(204, 208)은, 미국 특허 제6,734,401호 및 미국 특허 출원 공개 제2008/0314895호와 제2008/0152546호에 기술된 바와 같이, 임의의 요구되는 패시베이션 층, 접착 층, 다른 적합한 층, 또는 이들의 조합과 조합되어 사용될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 층(204, 208)은, 미국 특허 제6,734,401호 및 미국 특허 출원 공개 제2008/0314895호와 제2008/0152546호에 기술된 바와 같이, 접착제, 용접(화학, 열, 및/또는 음파) 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 요구되는 기술 또는 기술들의 조합을 사용하여 기재(202)에 결합될 수 있다.
단지 예로서, 샘플 처리 장치(200)는 8개의 상이한 레인, 웨지(wedge), 부분 또는 섹션(203)을 포함하는 것으로서 도시되어 있으며, 각각의 레인(203)은 다른 레인(203)들로부터 유동적으로 격리되어, 8개의 상이한 샘플이 샘플 처리 장치(200) 상에서 동시에 또는 상이한 시간에(예컨대, 순차적으로) 처리될 수 있다. 레인(203)들 사이의 교차-오염을 억제하기 위해, 각각의 레인은, 사용 전 및 사용 동안 둘 모두에서, 예를 들어 원시 샘플이 샘플 처리 장치(200)의 주어진 레인(203) 내로 로딩된 후에, 주변으로부터 유동적으로 격리될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 샘플 처리 장치(200)는 사용 전에 샘플 처리 장치(200)의 상부 표면(206)의 적어도 일부분에 부착될 수 있고 주어진 레인(203)으로부터 그 특정 레인의 사용 전에 (예컨대, 벗겨냄으로써) 선택적으로 제거될 수 있는 최내측 제1 층(204)으로서 사용-전(pre-use) 층(205)(예컨대, 감압 접착제를 포함하는 필름, 포일 등)을 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 사용-전 층(205)은 원하는 대로 샘플 처리 장치(200)의 하나 이상의 레인(203)을 선택적으로 노출시킬 시간에 사용-전 층(205)의 일부분만을 제거하는 것을 용이하게 하기 위해 절첩부, 천공부, 또는 새김선(score line)(212)을 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 사용-전 층(205)은 제거를 위해 사용-전 층(205)의 에지의 파지를 용이하게 하기 위해 하나 이상의 탭(예컨대, 레인(203)당 하나의 탭)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 샘플 처리 장치(200) 및/또는 사용-전 층(205)은 레인(203)들을 서로로부터 명확히 구별하기 위해 레인(203)들 각각에 인접하게 번호가 부여될 수 있다. 도 2에 예로서 도시된 바와 같이, 사용-전 층(205)은 샘플 처리 장치(200)의 레인 번호 1 내지 3으로부터 제거되었지만 레인 번호 4 내지 8로부터는 제거되지 않았다. 사용-전 층(205)이 샘플 처리 장치(200)로부터 제거된 경우에, "샘플"로 표기된 제1 투입 개구부(210) 및 시약을 위한 "R"로 표기된 제2 투입 개구부(260)가 드러난다.
또한, 레인(203)들 사이, 레인(203)의 시약 물질 취급 부분과 레인(203)의 샘플 물질 취급 부분 사이, 그리고/또는 샘플 처리 장치(200)의 내부와 주변 사이에서의 교차-오염을 더욱 억제하기 위해, 제1 및 제2 투입 개구부(210, 260) 중 하나 또는 둘 모두가 예를 들어 도 2에 도시된 것과 같은 플러그(207)로 플러깅되거나 막힐 수 있다. 투입 개구부(210, 260)를 플러깅하기 위해 다양한 재료, 형상 및 구성이 채용될 수 있으며, 플러그(207)는 한번의 손가락-가압에 의해 제1 투입 개구부(210) 및 제2 투입 개구부(260) 둘 모두 내로 삽입될 수 있는 조합형 플러그인 것으로서 단지 예로서 도시되어 있다. 대안적으로, 일부 실시예에서, 사용-전 층(205)은 또한 시일(seal) 또는 커버 층으로서 역할할 수 있고, 샘플 및/또는 시약이 특정 레인(203) 내로 로딩된 후에 그 레인(203)의 상부 표면(206)에 재적용되어 레인(203)을 주변으로부터 재밀봉할 수 있다. 그러한 실시예에서, 사용-전 층(205)의 각각의 섹션의 탭은 층(205)이 대응하는 레인(203)의 상부 표면(206)에 재적용된 후에 층(205)의 나머지 부분으로부터 제거(예컨대, 천공부를 따라 인열)될 수 있다. 탭의 제거는 밸빙, 디스크 회전 등과 같은 임의의 처리 단계들과 탭 사이에서 일어날 수도 있는 임의의 간섭을 억제할 수 있다. 또한, 그러한 실시예에서, 사용-전 층(205)은 제1 및 제2 투입 개구부(210, 260)를 노출시키기에 꼭 충분하게 후방으로 벗겨내어지고 나서 상부 표면(206) 상으로 다시 내려 놓여질 수 있어서, 사용-전 층(205)은 상부 표면(206)으로부터 결코 완전히 제거되지 않게 된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 사용-전 층(205)의 인접한 섹션들 사이의 천공부 또는 새김선(212)은 인열 멈춤부로서 작용할 수 있는 관통-구멍에서 종료될 수 있다. 그러한 관통-구멍은 사용-전 층(205)의 최내측 에지의 반경방향 외향으로 위치될 수 있어서, 사용-전 층(205)의 각각의 섹션의 최내측 부분이 상부 표면(206)으로부터 완전히 제거될 필요가 없게 한다.
도 3, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 도 2 내지 도 8의 예시된 실시예에서, 샘플 처리 장치(200)의 각각의 레인(203)은 레인(203)의 샘플 취급 부분 또는 샘플 취급측(211) 및 레인(203)의 시약 취급 부분 또는 시약 취급측(261)을 포함하고, 샘플 취급 부분(211) 및 시약 취급 부분(261)은 2개의 취급측이 예를 들어 후술되는 바와 같이 하나 이상의 밸브들을 개방시킴으로써 서로 유체 연통되게 될 때까지 서로 유동적으로 격리될 수 있다. 각각의 레인(203)은 때때로 "분배 시스템" 또는 "처리 어레이"로 지칭될 수 있거나, 일부 실시예에서, 레인(203)의 각각의 취급측(211, 261)은 "분배 시스템" 또는 "처리 어레이"로 지칭될 수 있으며, 대체로 도 1의 처리 어레이(100)에 대응할 수 있다. 그러나, 일반적으로, "처리 어레이"는 투입 챔버, 검출 챔버, 및 이들 사이의 임의의 유체 연결부를 지칭한다.
도 3, 도 5 및 도 7을 참조하면, 제1 투입 개구부(210)는 투입 웰(well) 또는 챔버(215) 내로 개방된다. 제2 투입 개구부(260)가 개방되는 레인(203)의 시약 취급측(261)에 유사한 투입 챔버(265)가 배치된다. 개별적인 샘플 및 시약 투입 개구부(210, 260), 투입 챔버(215, 265), 및 각각의 레인(203)의 취급측(211, 261)은 상당한 또는 임의의 전-처리, 희석, 측정, 혼합 등을 필요로 하지 않고서 분석을 위해 원시 미처리 샘플이 샘플 처리 장치(200) 상으로 로딩되게 한다. 이로써, 샘플 및/또는 시약이 정밀한 측정 또는 처리 없이 첨가될 수 있다. 결과적으로, 샘플 처리 장치(200)는 때때로 "적당한 복잡성(moderate complexity)"의 디스크로서 지칭될 수 있는데, 그 이유는 많은 또는 임의의 전-처리를 요구하지 않고서 비교적 복잡한 온-보드 처리가 샘플 처리 장치(200) 상에서 수행될 수 있기 때문이다. 샘플 취급측(211)이 우선 기술될 것이다.
도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 투입 챔버(215)는 투입 챔버(215)를 적어도 계량 부분, 챔버 또는 저장조(218) 및 폐기물 부분, 챔버 또는 저장조(220)로 분할하도록 위치되는, 하나 이상의 배플 또는 벽(216) 또는 다른 적합한 유체 지향 구조물을 포함할 수 있다. 배플(216)은 유체를 투입 챔버(215)로 지향 및/또는 함유시키도록 기능할 수 있다.
예시된 실시예에 도시된 바와 같이, 샘플이 샘플 처리 장치(200) 상으로 하나 이상의 레인(203) 내로 투입 개구부(210)를 통해 로딩될 수 있다. 샘플 처리 장치(200)가 회전축(B-B)을 중심으로 회전됨에 따라, 샘플은 이어서 (예컨대, 하나 이상의 배플(216)에 의해) 계량 저장조(218)로 지향될 것이다. 계량 저장조(218)는 선택된 체적의 물질을 보유 또는 유지하도록 구성되는데, 임의의 과량은 폐기물 저장조(220)로 지향된다. 일부 실시예에서, 투입 챔버(215) 또는 그의 일부분은 "제1 챔버" 또는 "제1 프로세스 챔버"로 지칭될 수 있고, 프로세스 챔버(250)는 "제2 챔버" 또는 "제2 프로세스 챔버"로 지칭될 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 계량 저장조(218)는 샘플 처리 장치(200)의 중심(201)과 회전축(B-B)을 향해 위치되는 제1 단부(222) 및 중심(201)과 회전축(B-B)으로부터 멀리(즉, 제1 단부(222)의 반경방향 외향으로) 위치되는 제2 단부(224)를 포함하여, 샘플 처리 장치(200)가 회전됨에 따라, 샘플은 계량 저장조(218)의 제2 단부(224)를 향해 가압된다. 계량 저장조(218)의 제2 단부(224)를 한정하는 하나 이상의 배플 또는 벽(216)은 선택된 체적을 한정하도록 배열되는 기부(223) 및 측벽(226)(예컨대, 부분 측벽; 도 7 참조)을 포함할 수 있다. 측벽(226)은 선택된 체적을 초과하는 임의의 체적이 측벽(226)을 흘러 넘쳐 폐기물 저장조(220) 내로 흘려 보내지도록 배열 및 형상화된다. 결과적으로, 폐기물 저장조(220)의 적어도 일부분은 계량 저장조(218)의 또는 투입 챔버(215)의 나머지 부분의 반경방향 외향으로 위치되어, (예컨대, 샘플 처리 장치(200)가 회전축(B-B)을 중심으로 회전되는 동안에) 과량의 체적의 물질이 폐기물 저장조(220)로 이동하는 것을 용이하게 하고 과량의 체적이 반경방향-외향으로 지향되는 힘 하에서 계량 저장조(218) 내로 다시 이동하는 것을 억제할 수 있다.
달리 말하면, 도 7을 계속 참조하면, 투입 챔버(215)는 투입 개구부(210)로부터의 물질을 계량 저장조(218)를 향해 지향시키도록 위치되는 하나 이상의 제1 배플(216A), 및 선택된 체적의 유체를 함유하고/하거나 선택된 체적을 초과하는 유체를 폐기물 저장조(220) 내로 지향시키도록 위치되는 하나 이상의 제2 배플(216B)을 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 기부(223)는 모세관 밸브(230)의 적어도 일부분을 형성하도록 구성될 수 있는, 내부에 형성된 개구 또는 유체 통로(228)를 포함할 수 있다. 결과적으로, 유체 통로(228)의 단면적은 유체가 모세관력으로 인해 유체 통로(228) 내로 유동하는 것이 억제되도록 계량 저장조(218)(또는 계량 저장조(218) 내에 보유된 유체의 체적)에 비해 충분히 작을 수 있다. 결과적으로, 일부 실시예에서, 유체 통로(228)는 "협착부" 또는 "협착된 통로"로 지칭될 수 있다.
일부 실시예에서, 계량 저장조(218), 폐기물 저장조(220), 하나 이상의 배플(216)(예컨대, 기부(223), 측벽(226), 및 선택적으로 하나 이상의 제1 배플(216A)), 및 유체 통로(228)(또는 모세관 밸브(230))는, 예를 들어 원할 때 하류 유체 구조물로 전달될 수 있는 선택된 체적의 물질의 함유를 담당하는 "계량 구조물"로서 함께 지칭될 수 있다.
단지 예로서, 샘플 처리 장치(200)가 회전축(B-B)을 중심으로 제1 속도(예컨대, 각속도, RPM)로 회전될 때, 제1 원심력이 샘플 처리 장치(200) 내의 물질에 가해진다. 계량 저장조(218) 및 유체 통로(228)는 제1 원심력이 주어진 표면 장력의 샘플을 비교적 좁은 유체 통로(228) 내로 가압시키기에 불충분하도록 (예컨대, 표면 에너지, 상대 치수 및 단면적 등에 관하여) 구성될 수 있다. 그러나, 샘플 처리 장치(200)가 제2 속도(예컨대, 각속도, RPM)로 회전될 때, 제2 원심력이 샘플 처리 장치(200) 내의 물질에 가해진다. 계량 저장조(218) 및 유체 통로(228)는 제2 원심력이 주어진 표면 장력의 샘플을 유체 통로(228) 내로 가압시키기에 충분하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 첨가제(예컨대, 계면활성제)가 샘플에 첨가되어, 원할 때 샘플의 표면 장력을 변경시켜 샘플이 유체 통로(228) 내로 유동하게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 및 2 원심력은 샘플 처리 장치(200)가 상이한 처리 단계에서 회전되는 가속 프로파일 및 속도를 제어함으로써 적어도 부분적으로 제어될 수 있다. 그러한 속도 및 가속의 예가 도 1과 관련하여 전술되어 있다.
일부 실시예에서, 투입 챔버(215)(또는 계량 저장조(218)와 같은 그의 일부분)의 체적에 대한 유체 통로(228)의 단면적의 종횡비는 예컨대 주어진 표면 장력의 유체에 대해 유체가 원할 때까지 유체 통로(228) 내로 유동하지 않을 것을 적어도 부분적으로 보장하도록 제어될 수 있다.
예를 들어, 일부 실시예에서, (예컨대, 계량 저장조(218)의 기부(223)에 있는 유체 통로(228)의 입구에서의) 유체 통로의 단면적(A p ) 대 유체가 그로부터 유체 통로(228) 내로 이동할 수 있는 저장조(예컨대, 투입 챔버(215), 또는 계량 저장조(218)와 같은 그의 일부분)의 체적(V)의 비, 즉 A p : V는 제어될 수 있다. 도 1과 관련하여 상세히 전술된 다양한 비 및 그의 범위 중 임의의 것이 샘플 처리 장치(200)에서 또한 채용될 수 있다.
도 3, 도 5, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 모세관 밸브(230)는 계량 저장조(218)의 제2 단부(224)와 유체 연통되어 배치될 수 있어서, 유체 통로(228)는 회전축(B-B)에 대해 계량 저장조(218)의 반경방향 외향으로 위치된다. 모세관 밸브(230)는 유체 통로(228)의 치수, 계량 저장조(218) 및/또는 유체 통로(228)를 한정하는 표면의 표면 에너지, 유체의 표면 장력, 유체에 가해지는 힘, (예컨대, 후술되는 바와 같이, 하류에 형성되는 증기 폐색의 결과로서) 존재할 수 있는 임의의 배압, 및 이들의 조합 중 적어도 하나에 따라, 유체(즉, 액체)가 계량 저장조(218)로부터 유체 통로(228) 내로 이동하는 것을 억제하도록 구성된다. 결과적으로, 유체 통로(128)(예컨대, 협착부)는, (예컨대, 회전축(A-A)을 중심으로 한 처리 어레이(100)의 회전에 의해) 유체에 가해지는 힘, 유체의 표면 장력, 및/또는 유체 통로(128)의 표면 에너지가 유체를 유체 통로(128)를 지나 그리고 밸브 챔버(134) 내로 이동시키기에 충분할 때까지, 유체가 밸브 챔버(134)로 유입되는 것을 억제하도록 구성(예컨대, 치수설정)될 수 있다.
예시된 실시예에 도시된 바와 같이, 모세관 밸브(230)는 격막 밸브(232)와 직렬로 배열될 수 있어서, 모세관 밸브(230)는 격막 밸브(232)의 반경방향 내향으로 그리고 격막 밸브(232)의 입구와 유체 연통되어 위치된다. 격막 밸브(232)는 밸브 챔버(234) 및 밸브 격막(236)을 포함할 수 있다. 격막(236)은 샘플 처리 장치(200) 내의 하나 이상의 하류 유체 구조물과 밸브 챔버(234) 사이에 배치될 수 있다. 격막(236)은 (i) 격막(236)이 유체(및 특히 액체)에 대해 불투과성이고 밸브 챔버(234)를 임의의 하류 유체 구조물로부터 유동적으로 격리시키도록 위치되는 폐쇄된 구성; 및 (ii) 격막(236)이 유체, 특히 액체에 대해 투과성이고(예컨대, 샘플이 그를 통해 유동하는 것을 촉진하도록 크기설정된 하나 이상의 개구를 포함하고) 밸브 챔버(234)와 임의의 하류 유체 구조물 사이의 유체 연통을 허용하는 개방된 구성을 포함할 수 있다. 즉, 밸브 격막(236)은 그것이 온전할 때 유체(즉, 액체)가 밸브 챔버(234)와 임의의 하류 유체 구조물 사이에서 이동하는 것을 방지할 수 있다.
도 1의 밸브 격막(136)과 관련하여 전술된 바와 같이, 밸브 격막(236)은 전자기 에너지를 통과시키지 않거나 그에 대해 흡수성인 불투과성 장벽을 포함하거나 그로 형성될 수 있다. 밸브 격막(236) 또는 그의 일부분은 기재(202)와는 전혀 다를 수 있다(예컨대, 기재(202)에 사용되는 재료와는 상이한 재료로 제조됨). 기재(202) 및 밸브 격막(236)에 대해 상이한 재료를 사용함으로써, 각각의 재료는 그의 원하는 특성에 대해 선택될 수 있다. 대안적으로, 밸브 격막(236)은 기재(202)와 일체로 될 수 있고 기재(202)와 동일한 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 밸브 격막(236)은 간단히 기재(202) 내로 성형될 수 있다. 그러한 경우, 밸브 격막은 코팅되거나 함침되어 전자기 에너지를 흡수하는 그의 능력을 향상시킬 수 있다.
밸브 격막(236)은 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있지만, 격막(236)의 재료가 샘플 처리 장치(200) 내에서 발생하는 반응 또는 프로세스를 방해할 수 있는 임의의 유의한 부산물, 폐기물 등의 생성 없이 공극을 형성하는 경우(즉, 격막(236)이 개방된 때)가 특히 유용할 수 있다. 밸브 격막(236) 또는 그의 일부분으로서 사용될 수 있는 재료의 부류의 일례는, 예를 들어 구매가능한 캔 라이너 또는 백을 제조하는 데 사용되는 필름과 같은 유색의 배향된 중합체 필름을 포함한다. 적합한 필름은 미국 코넥티컷주 댄버리 소재의 하이몰렌 인코포레이티드(Himolene Incorporated)로부터 상표명 406230E로 입수가능한 흑색 캔 라이너(0.029 ㎜(1.18 mil) 두께)일 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 격막(236)은 기재(202) 자체와 동일한 재료로 형성될 수 있지만, 기재(202)의 다른 부분보다 작은 두께를 가질 수 있다. 격막 두께는 기재(202)를 형성하는 데 사용되는 주형 또는 공구에 의해 제어될 수 있어서, 격막은 전자기 신호로부터의 에너지를 흡수함으로써 충분하게 개방되기에 충분히 얇게 된다.
일부 실시예에서, 밸브 격막(236)은 약 1 ㎟ 이상, 일부 실시예에서는 약 2 ㎟ 이상, 일부 실시예에서는 약 5 ㎟ 이상의 단면적을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 밸브 격막(236)은 약 10 ㎟ 이하, 일부 실시예에서는 약 8 ㎟ 이하, 일부 실시예에서는 약 6 ㎟ 이하의 단면적을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 밸브 격막(236)은 약 0.1 ㎜ 이상, 일부 실시예에서는 약 0.25 ㎜ 이상, 일부 실시예에서는 약 0.4 ㎜ 이상의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 밸브 격막(236)은 약 1 ㎜ 이하, 일부 실시예에서는 약 0.75 ㎜ 이하, 일부 실시예에서는 약 0.5 ㎜ 이하의 두께를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 밸브 격막(236)은 형상이 대체로 원형일 수 있고, 약 1.5 ㎜의 직경(즉, 약 5.3 ㎟의 단면적) 및 약 0.4 ㎜의 두께를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 밸브 격막(236)은 선택된 파장의 전자기 에너지를 흡수하고 그 에너지를 열로 변환시키기 쉬워서 밸브 격막(236)에서 공극을 형성하는 재료를 포함할 수 있다. 흡수성 재료는 밸브 격막(236) 또는 그의 일부분에 포함(예컨대, 격막을 형성하는 재료(수지) 내에 함침됨)되거나 그의 표면 상에 코팅될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 밸브 격막(236)은 상부로부터(즉, 기재(202)의 상부 표면(206)에서) 전자기 에너지로 조사되도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 밸브 격막 영역 위의 제1 층(204)(도 2 참조)은 밸브 격막(236) 내에 공극을 생성하는 데 사용되는 전자기 에너지의 선택된 파장 또는 파장 범위에 대해 투과성일 수 있고, 밸브 격막(236)은 그러한 파장(들)에 흡수성일 수 있다.
모세관 밸브(230)는 격막 밸브(232)와 직결인 것으로, 특히 격막 밸브(232)의 입구 또는 상류 단부의 상류에 있고 그와 유체 연통되는 것으로 도 2 내지 도 8에 예시된 실시예에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 모세관 밸브(230)는 격막 밸브(232)의 반경방향 내향으로 위치된다. 모세관 밸브(230) 및 격막 밸브(232)의 그러한 구성은 밸브 격막(236)이 폐쇄 구성으로 있고 샘플이 이동되며 샘플 처리 장치(200) 내에서 압력이 발생하도록 허용된 때 증기 폐색(즉, 밸브 챔버(234) 내)을 생성할 수 있다. 그러한 구성은 또한 (예컨대, 예를 들어 샘플의 표면 장력이 일정하게 유지될 때 샘플에 가해지는 원심력에 영향을 주는, 샘플 처리 장치(200)가 회전되는 속도를 제어함으로써; 및/또는 샘플의 표면 장력을 제어함으로써) 유체(즉, 액체)가 밸브 챔버(234)로 유입되어 밸브 격막(236)에 인접하여 수집되는 것이 허용되는 때를 사용자가 제어할 수 있도록 할 수 있다 즉, 모세관 밸브(230)는 격막 밸브(232)를 개방시키기 전에, 즉 밸브 격막(236)이 폐쇄된 구성으로 있을 때, 유체(즉, 액체)가 밸브 챔버(234)로 유입되어 밸브 격막(236)에 인접하여 고이거나 수집되는 것을 억제할 수 있다. 모세관 밸브(230)와 격막 밸브(232)는 함께 또는 개별적으로 샘플 처리 장치(200)의 "밸빙 구조물"로 지칭될 수 있다.
유체(즉, 액체)가 밸브 격막(236)의 일측에 인접하여 수집되는 것을 억제함으로써, 밸브 격막(236)이 다른 물질의 간섭 없이 개방, 즉 폐쇄된 구성으로부터 개방된 구성으로 변화될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 밸브 격막(236)은 적합한 파장의 전자기 에너지를 밸브 격막(236)의 일측으로(예를 들어, 샘플 처리 장치(200)의 상부 표면(206)으로) 지향시켜 밸브 격막(236) 내에 공극을 형성함으로써 개방될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 본 발명자는 일부 경우에, 액체가 밸브 격막(236)의 반대측 상에 수집된 경우, 그 액체가 전자기 에너지에 대한 히트 싱크로서 기능함으로써 공극 형성(예컨대, 용융) 프로세스를 방해할 수 있으며, 이는 밸브 격막(236) 내에 공극을 형성하는 데 필요한 출력 및/또는 시간을 증가시킬 수 있다는 것을 밝혀냈다. 결과적으로, 유체(즉, 액체)가 밸브 격막(236)의 일측에 인접하여 수집되는 것을 억제함으로써, 밸브 격막(236)은 밸브 격막(236)의 제2 측 상에 유체(예컨대, 샘플 또는 시약과 같은 액체)가 존재하지 않을 때 전자기 에너지를 밸브 격막(236)의 제1 측으로 지향시킴으로써 개방될 수 있다.
결과적으로, 모세관 밸브(230)는 (i) 선택된 체적의 물질이 계량되어 하류 프로세스 챔버(250)로 전달될 수 있도록 계량 저장조(218)의 폐쇄된 단부를 효과적으로 형성하고, (ii) 예를 들어 밸브 챔버(234) 내에 증기 폐색을 생성함으로써, 밸브 격막(236)이 그의 폐쇄된 구성으로 있을 때 유체(예컨대, 액체)가 밸브 격막(236)의 일측에 인접하여 수집되는 것을 효과적으로 억제하는 기능을 한다.
일부 실시예에서, 밸빙 구조물은 샘플 처리 장치(200)의 중심(201)에 대해 실질적으로 반경방향으로 배향된 종방향을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 밸브 격막(236)은 밸브 격막(236) 내에 형성될 수 있는 하나 이상의 개구 또는 공극의 치수보다 큰, 종방향으로 연장하는 길이를 포함할 수 있어서, 원하는 대로 밸브 격막(236)의 길이를 따라 하나 이상의 개구가 형성될 수 있다. 즉, 일부 실시예에서, 밸브 격막(236) 내에 그 길이를 따른 선택된 위치에 개구를 형성함으로써 선택된 부분 표본(aliquot)의 샘플을 제거하는 것이 가능할 수 있다. 선택된 부분 표면의 체적은 개구들 사이의 반경방향 거리(예를 들어, 회전축(B-B)에 대해 측정됨), 및 개구들 사이의 밸브 챔버(234)의 단면적에 기초하여 결정될 수 있다. 그러한 "가변 밸브"의 다른 실시예 및 상세 사항은 미국 특허 제7,322,254호 및 미국 특허 출원 공개 제2010/0167304호에서 확인될 수 있다.
밸브 격막(236) 내에 개구 또는 공극이 형성된 후, 밸브 챔버(234)는 밸브 격막(236) 내의 공극을 통해 프로세스 챔버(250)와 같은 하류 유체 구조물과 유체 연통된다. 위에서 언급된 바와 같이, 샘플이 레인(203)의 샘플 취급측(211) 내로 로딩된 후에, 제1 투입 개구부(210)가 폐쇄, 밀봉 및/또는 플러깅될 수 있다. 이로써, 샘플 처리 장치(200)는 처리 동안 주변으로부터 밀봉되거나 "통기되지 않을" 수 있다.
본 발명과 관련하여 사용되는 바와 같이, "무통기식 처리 어레이" 또는 "무통기식 분배 시스템"은, 그 내부의 유체 구조물의 체적 내로 이어지는 개구만이 샘플을 위한 투입 챔버(215)(또는 시약을 위한 투입 챔버(265)) 내에 배치되는 분배 시스템(즉, 처리 어레이 또는 레인(203))이다. 달리 말하면, 무통기식 처리 어레이 내의 프로세스 챔버(250)에 도달하기 위해, 샘플(및/또는 시약) 물질이 투입 챔버(215)(또는 투입 챔버(265))로 전달되고, 이어서 투입 챔버(215)가 주변으로부터 밀봉된다. 도 2 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 그러한 무통기식 처리 어레이는 샘플 물질을 프로세스 챔버(250)로 전달하기 위한 (예컨대, 하류 방향으로) 하나 이상의 전용 채널 및 공기 또는 다른 유체가 샘플이 이동하고 있는 것과는 개별적인 경로를 통해 프로세스 챔버(250)에서 유출되도록 하기 위한 하나 이상의 전용 채널을 포함할 수 있다. 반면에, 통기식 분배 시스템은 처리 동안 주변에 대해 개방될 것이고, 또한 가능하게는 처리 어레이를 따라 하나 이상의 위치에, 예컨대 프로세스 챔버(250)에 근접하게 위치되는 공기 통기구를 포함할 것이다. 위에서 언급된 바와 같이, 무통기식 처리 어레이는 환경과 샘플 처리 장치(200)의 내부 사이의 오염(예컨대, 샘플 처리 장치(200)로부터의 누출, 또는 환경 또는 사용자로부터 샘플 처리 장치(200) 내로의 오염물질의 도입)을 억제하고, 또한 하나의 샘플 처리 장치(200) 상의 다수의 샘플 또는 레인(203) 사이의 교차-오염을 억제한다.
도 3, 도 5, 및 도 7에 도시된 바와 같이, 처리 동안 샘플 처리 장치(200) 내에서의 유체 유동을 용이하게 하기 위해, 레인(203)은 레인(203)의 하류 또는 반경방향 외향 부분(예컨대, 프로세스 챔버(250))을 프로세스 챔버(250)의 상류 또는 반경방향 내향에 있는 하나 이상의 유체 구조물(예컨대, 투입 챔버(215)의 적어도 일부분, 시약 취급측(261) 상의 투입 챔버(265)의 적어도 일부분, 또는 둘 모두)과 유동적으로 결합시키도록 위치되는 하나 이상의 평형 채널(255)을 포함할 수 있다.
단지 예로서, 예시된 샘플 처리 장치(200)의 각각의 레인(203)은, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 프로세스 챔버(250)를 레인(203)의 시약 취급측(261) 상의 시약 투입 챔버(265)의 상류 또는 반경방향 내향(즉, 중심(201)에 대해) 부분과 유동적으로 결합시키도록 위치되는 평형 채널(255)을 포함한다. 평형 채널(255)은, 유체 구조물의 달리 증기 폐색된 하류 부분으로부터 유체(예컨대, 포집된 공기와 같은 기체)의 상류 이동을 허용하여 샘플 처리 장치(200)의 그들 달리 증기 폐색된 영역 내로의 다른 유체(예컨대, 샘플 물질, 액체 등)의 하류 이동을 용이하게 하는 부가의 채널이다. 그러한 평형 채널(255)은 샘플 처리 장치(200) 상의 유체 구조물이 샘플 처리 동안, 즉 샘플 처리 장치(200) 상에서의 유체 이동 동안 주변에 대해 통기되지 않는 또는 폐쇄된 상태로 유지되도록 한다. 결과적으로, 일부 실시예에서, 평형 채널(255)은 "내부 통기구" 또는 "통기 채널"로 지칭될 수 있고, 물질 이동을 용이하게 하기 위해 포집된 유체를 배출하는 프로세스는 "내부 통기"로 지칭될 수 있다.
달리 말하면, 일부 실시예에서, 투입 챔버(215)(또는 시약 투입 챔버(265))로부터 프로세스 챔버(250)로의 샘플(또는 시약)의 유동은 제1 이동 방향을 한정할 수 있고, 평형 채널(255)은 제1 방향과 상이한 제2 이동 방향을 한정할 수 있다. 특히, 제2 방향은 제1 방향과 반대이거나 실질적으로 반대이다. 샘플(또는 시약)이 힘(예컨대, 원심력)을 통해 프로세스 챔버(250)로 이동될 때, 제1 방향은 대체로 힘의 방향을 따라 배향될 수 있고, 제2 방향은 대체로 힘의 방향과 반대로 배향될 수 있다.
밸브 격막(236)이 (예컨대, 전자기 에너지를 격막(236)으로 방출함으로써) 개방된 구성으로 변화될 때, 적어도 부분적으로 격막(236)의 하류측을 후방으로 투입 챔버(265)까지 연결하는 평형 채널(255)로 인해 밸브 챔버(234) 내의 증기 폐색이 해제될 수 있다. 증기 폐색의 해제는 유체(예컨대, 액체)가 유체 통로(228) 내로, 밸브 챔버(234) 내로, 그리고 프로세스 챔버(250)로 유동하도록 할 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 현상은 채널 및 챔버가 소수성이거나 대체로 소수성 표면에 의해 한정될 때 용이해질 수 있다. 즉, 일부 실시예에서, 채널 및 챔버를 적어도 부분적으로 한정하는 기재(202) 및 임의의 커버 또는 층(204, 205, 208)(또는 예를 들어 실리콘 폴리우레아를 포함하는, 그 상에 코팅된 접착제)이 소수성 재료로 형성되거나 소수성 표면을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 유체는 유체에 충분한 힘이 가해졌을 때(예컨대, 유체에 대한 임계 힘이 달성되었을 때, 예컨대, 회전축(B-B)을 중심으로 한 샘플 처리 장치(200)의 회전이 임계 가속도 또는 회전 가속도를 초과하였을 때) 유체 통로(228) 내로 유동할 수 있다. 유체가 모세관 밸브(230) 내의 모세관력을 극복한 후, 유체는 개방된 밸브 격막(236)을 통해 하류 유체 구조물(예컨대, 프로세스 챔버(250))로 유동할 수 있다.
무통기식 분배 시스템을 포함하는 샘플 처리 장치 내에서 샘플 물질을 이동시키는 것은 회전 동안에 장치를 교번적으로 가속 및 감속시킴으로써 용이하게 되어, 본질적으로 샘플 물질을 다양한 채널 및 챔버를 통해 버핑시킬 수 있다. 회전은 적어도 2개의 가속/감속 사이클, 즉 초기 가속, 뒤이은 감속, 제2회의 가속 및 제2회의 감속을 사용하여 수행될 수 있다. 도 1과 관련하여 기술된 로딩 프로세스 또는 가속/감속 계획 중 임의의 것이 또한 도 2 내지 도 8의 샘플 처리 장치(200)에 채용될 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 평형 채널(255)은 기재(202)의 상부 표면(206) 및/또는 저부 표면(209) 상의 일련의 채널, 및 기재(202)의 상부 표면(206) 내의 단차형 부분을 횡단하는 것을 도울 수 있는, 상부 표면(206)과 저부 표면(209) 사이에서 연장하는 하나 이상의 비아(via)로 형성될 수 있다. 구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 예시된 평형 채널(255)은 최외측 단차부(213)의 상부 표면(206)을 따라 연장하는 제1 채널 또는 부분(256); 평형 채널(255)이 상부 표면(206)의 단차형 부분을 횡단해야 하는 것을 피하기 위해 상부 표면(206)으로부터 저부 표면(209)으로 연장하는 제1 비아(257); 및 투입 챔버(265)의 반경방향 내향 부분으로 연장하는 제2 채널 또는 부분(258)(도 7 참조)을 포함한다.
프로세스 챔버(250) 내의 공기 또는 다른 유체는 프로세스 챔버(250)가 샘플 물질 또는 다른 물질을 수용할 때 변위될 수 있다. 평형 채널(255)은 변위된 공기 또는 다른 변위된 유체가 프로세스 챔버(250) 밖으로 통과하는 경로를 제공할 수 있다. 평형 채널(255)은 분배 시스템의 일부 채널이 일 방향(예컨대, 상류 또는 하류 방향)으로의 유체의 유동에 전용이 될 수 있게 함으로써 샘플 처리 장치(200)의 각각의 분배 시스템 또는 처리 어레이(예컨대, 투입 챔버(215) 및 프로세스 챔버(250), 및 투입 챔버(215)와 프로세스 챔버(250)를 연결하는 다양한 채널) 내에서 압력을 평형화하는 것에 의해 샘플 처리 장치(200)를 통한 유체의 더욱 효율적인 이동을 도울 수 있다. 도 2 내지 도 8에 예시된 실시예에서, 샘플은 일반적으로 (예컨대, 샘플 처리 장치(200)가 중심(201)을 중심으로 회전될 때) 투입 챔버(215)로부터 모세관 밸브(230) 및 격막 밸브(232)를 통해, 그리고 분배 채널(240)을 통해 프로세스 챔버(250)로 하류 및 반경방향 외향으로 유동한다. 다른 유체(예컨대, 프로세스 챔버(250) 내에 존재하는 기체)는 일반적으로, 프로세스 챔버(250)로부터 평형 채널(255)을 통해 투입 챔버(265)로 상류 또는 반경방향 내향으로(즉, 샘플 이동의 방향에 대체로 반대 방향으로) 유동할 수 있다.
밸빙 구조물로 돌아가면, 밸브 격막(236)의 하류측(즉, 이는 예시된 샘플 처리 장치(200)의 상부 표면(206)에 대면함; 도 6 및 도 8 참조)은 밸브 챔버(234)(및 궁극적으로는, 투입 챔버(215), 및 특히 계량 저장조(218))와 프로세스 챔버(250)를 유동적으로 결합시키는 분배 채널(240)에 대면하고 결국은 (예컨대, 개구 또는 공극이 밸브 격막(236)에 형성된 후에) 분배 채널 내로 개방된다. 평형 채널(255)과 유사하게, 분배 채널(240)은 기재(202)의 상부 표면(206) 및/또는 저부 표면(209) 상의 일련의 채널, 및 기재(202)의 상부 표면(206) 내의 단차형 부분을 횡단하는 것을 도울 수 있는, 상부 표면(206)과 저부 표면(209) 사이에서 연장하는 하나 이상의 비아로 형성될 수 있다 예를 들어, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 분배 채널(240)은 기재(202)의 중간 단차부(213)의 상부 표면(206)을 따라 연장하는 제1 채널 또는 부분(242)(도 6 및 도 8 참조); 상부 표면(206)으로부터 저부 표면(209)으로 연장하는 제1 비아(244)(도 6 내지 도 8 참조); 단차형 상부 표면(206)을 횡단하는 것을 피하기 위해 저부 표면(209)을 따라 연장하는 제2 채널 또는 부분(246)(도 7 및 도 8 참조); 저부 표면(209)으로부터 상부 표면(206)으로 연장하는 제2 비아(247)(도 6 내지 도 8 참조), 및 상부 표면(206)을 따라 연장하고 프로세스 챔버(250) 내로 흘러드는 제3 채널 또는 부분(248)(도 6 및 도 8 참조)을 포함할 수 있다.
간략함을 위해 도 4 내지 도 8에서 모든 층 및 커버가 샘플 처리 장치(200)로부터 제거되어, 기재(202)만이 도시되어 있지만; 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 저부 표면(209) 상에 형성된 임의의 채널 및 챔버가 또한 제2 층(들)(208)에 의해 적어도 부분적으로 한정될 수 있고, 상부 표면(206) 상에 형성된 임의의 채널 및 챔버가 또한 제1 층(들)(204)에 의해 적어도 부분적으로 한정될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
샘플에 힘이 가해져, 샘플이 투입 챔버(215)(즉, 계량 저장조(218))로부터, 유체 통로(228)를 통해, 밸브 챔버(234) 내로, 밸브 격막(236) 내의 공극을 통해, 분배 채널(240)을 따라, 그리고 프로세스 챔버(250) 내로 이동하게 할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 그러한 힘은 예를 들어 회전축(B-B)을 중심으로 샘플 처리 장치(200)를 회전시킴으로써 생성될 수 있는 원심력이어서, 샘플을 회전축(B-B)으로부터 반경방향 외향으로 이동되게 할 수 있다(즉, 그 이유는 프로세스 챔버(250)의 적어도 일부분이 투입 챔버(215)의 반경방향 외향으로 배치되기 때문임). 그러나, 그러한 힘은 또한, 압력차(예컨대, 정압 및/또는 부압) 및/또는 중력에 의해 확립될 수 있다. 적당한 힘 하에서, 샘플은 비아를 포함하는 다양한 유체 구조물을 통해 횡단하여 궁극적으로는 프로세스 챔버(250) 내에 머무를 수 있다. 특히, 격막 밸브(232)가 개방되고 충분한 힘이 샘플에 가해져 샘플을 모세관 밸브(230)의 유체 통로(228)를 통해 이동시킨 후에, 계량 저장조(218)(즉, 배플(216) 및 폐기물 저장조(220))에 의해 제어된 바와 같은 선택된 체적의 샘플이 프로세스 챔버(250)로 이동될 것이다.
도 2 내지 도 8에 예시된 실시예에서, 밸브 격막(236)은 밸브 챔버(234)와 검출(또는 프로세스) 챔버(250) 사이에 배치되며, 특히 밸브 챔버(234)와 프로세스 챔버(250)로 이어지는 분배 채널(240) 사이에 배치된다. 분배 채널(240)이 단지 예로서 도시되어 있지만, 일부 실시예에서, 밸브 챔버(234)가 프로세스 챔버(250) 내로 직접적으로 개방될 수 있어서, 밸브 격막(236)이 밸브 챔버(234)와 프로세스 챔버(250) 사이에 직접 위치된다는 것을 이해하여야 한다.
레인(203)의 시약 취급측(261)은 레인(203)의 샘플 취급측(211)의 것과 실질적으로 유사하게 구성될 수 있다. 따라서, 전술된 샘플 취급측(211)의 특징부의 임의의 상세 사항, 특징부 또는 이들의 대안물은 시약 취급측(261)의 특징부로 확장될 수 있다. 도 3, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 시약 취급측(261)은 투입 챔버 또는 웰(265) 내로 개방되는 제2 투입 개구부(260)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 투입 챔버(265)는 투입 챔버(265)를 적어도 계량 부분, 챔버 또는 저장조(268) 및 폐기물 부분, 챔버 또는 저장조(270)로 분할하도록 위치되는, 하나 이상의 배플 또는 벽(266) 또는 다른 적합한 유체 지향 구조물을 포함할 수 있다. 배플(266)은 유체를 투입 챔버(265)로 지향 및/또는 함유시키도록 기능할 수 있다. 예시된 실시예에 도시된 바와 같이, 시약이 샘플 처리 장치(200) 상으로 대응하는 샘플로서 동일한 레인(203) 내로 투입 개구부(260)를 통해 로딩될 수 있다. 일부 실시예에서, 시약은 주어진 분석을 위해 요구되는 시간에 로딩될 수 있는 완전한 시약 칵테일 또는 마스터 믹스를 포함할 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 시약은 특정 분석을 위해 필요한 대로 상이한 시간에 로딩되는 다수의 부분을 포함할 수 있다. 시약이 분석 칵테일 또는 마스터 믹스의 형태여서, 특정 분석을 위해 요구되는 모든 효소, 형광 라벨, 프로브 등이 (예를 들어, 비-전문가 사용자에 의해) 한 번에 로딩되고 그 후에 적절한 때 (샘플 처리 장치(200)에 의해) 계량되고 샘플로 전달될 수 있게 하는 경우에 특별한 이점이 있음을 알았다.
시약이 샘플 처리 장치(200) 상으로 로딩된 후에, 샘플 처리 장치(200)는 회전축(B-B)을 중심으로 회전되어, (예를 들어, 하나 이상의 배플(266)에 의해) 시약을 계량 저장조(268)로 지향시킬 수 있다. 계량 저장조(268)는 선택된 체적의 물질을 보유 또는 유지하도록 구성되는데, 임의의 과량은 폐기물 저장조(270)로 지향된다. 일부 실시예에서, 투입 챔버(265) 또는 그의 일부분은 "제1 챔버", "제1 프로세스 챔버"로 지칭될 수 있고, 프로세스 챔버(250)는 "제2 챔버" 또는 "제2 프로세스 챔버"로 지칭될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 계량 저장조(268)는 샘플 처리 장치(200)의 중심(201)과 회전축(B-B)을 향해 위치되는 제1 단부(272) 및 중심(201)과 회전축(B-B)으로부터 멀리(즉, 제1 단부(272)의 반경방향 외향으로) 위치되는 제2 단부(274)를 포함하여, 샘플 처리 장치(200)가 회전됨에 따라, 시약은 계량 저장조(268)의 제2 단부(274)를 향해 가압된다. 계량 저장조(268)의 제2 단부(274)를 한정하는 하나 이상의 배플 또는 벽(266)은 선택된 체적을 한정하도록 배열되는 기부(273) 및 측벽(276)(예컨대, 부분 측벽)을 포함할 수 있다. 측벽(276)은 선택된 체적을 초과하는 임의의 체적이 측벽(276)을 흘러 넘쳐 폐기물 저장조(270) 내로 흘려 보내지도록 배열 및 형상화된다. 결과적으로, 폐기물 저장조(270)의 적어도 일부분은 계량 저장조(268)의 또는 투입 챔버(265)의 나머지 부분의 반경방향 외향으로 위치되어, 샘플 처리 장치(200)가 회전됨에 따라, 과량의 체적의 물질이 폐기물 저장조(270) 내로 이동하는 것을 용이하게 하고 과량의 체적이 계량 저장조(268) 내로 다시 이동하는 것을 억제할 수 있다.
달리 말하면, 도 7을 계속 참조하면, 투입 챔버(265)는 투입 개구부(260)로부터의 물질을 계량 저장조(268)를 향해 지향시키도록 위치되는 하나 이상의 제1 배플(266A), 및 선택된 체적의 유체를 함유하고/하거나 선택된 체적을 초과하는 유체를 폐기물 저장조(270) 내로 지향시키도록 위치되는 하나 이상의 제2 배플(266B)을 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 기부(273)는 모세관 밸브(280)의 적어도 일부분을 형성하도록 구성될 수 있는, 내부에 형성된 개구 또는 유체 통로(278)를 포함할 수 있다. 모세관 밸브(280) 및 계량 저장조(268)는 레인(203)의 샘플 취급측(211)의 모세관 밸브(230) 및 계량 저장조(218)와 동일한 기능을 할 수 있다. 또한, 유체 통로(278) 종횡비 및 그의 범위는 모세관 밸브(230)와 관련하여 전술된 것과 동일할 수 있다.
도 3, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 시약 계량 저장조(268)는 샘플 계량 저장조(218)보다 큰 체적을 보유하도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 특정 분석을 위해 요구되는 원하는(그리고 상대적으로 더 작은) 체적의 샘플이 샘플 계량 저장조(218)에 의해 보유되고 (예컨대, 밸빙 구조물(230, 232) 및 분배 채널(240)을 통해) 처리를 위해 프로세스 챔버(250)로 하류로 보내질 수 있으며, 특정 분석(또는 그의 단계)을 위해 요구되는 원하는(그리고 상대적으로 더 큰) 체적의 시약이 시약 계량 저장조(268)에 의해 보유되고 이제 기술될 구조물을 통해 처리를 위해 프로세스 챔버(250)로 하류로 보내질 수 있다.
샘플 취급측(211)과 유사하게, 시약 취급측(261) 상의 모세관 밸브(280)는 격막 밸브(282)와 직렬로 배열될 수 있다. 격막 밸브(282)는 밸브 챔버(284) 및 밸브 격막(286)을 포함할 수 있다. 격막(236)과 관련하여 전술된 바와 같이, 격막(286)은 밸브 챔버(284)와 샘플 처리 장치(200) 내의 하나 이상의 하류 유체 구조물 사이에 배치될 수 있으며, 격막(286)은 폐쇄된 및 개방된 구성을 포함할 수 있고, 격막이 온전한 때 유체(즉, 액체)가 밸브 챔버(284)와 임의의 하류 유체 구조물 사이에서 이동하는 것을 방지할 수 있다.
밸브 격막(286)은 밸브 격막(236)과 관련하여 전술된 재료들 중 임의의 것을 포함하거나 이로 형성될 수 있으며, 유사하게 구성 및 작동될 수 있다. 일부 실시예에서, 시약 밸브 격막(286)은 샘플 밸브 격막(236)과는 상이한 파장 또는 파장 범위의 전자기 에너지에 민감할 수 있지만, 일부 실시예에서, 2개의 밸브 격막(236, 286)은 실질적으로 동일할 수 있고 동일한 전자기 에너지에 민감할 수 있어서, 샘플 처리 장치(200) 상의 격막 밸브(230, 280) 모두를 개방시키는 데 하나의 에너지 공급원(예컨대, 레이저)이 사용될 수 있다.
밸브 격막(286) 내에 개구 또는 공극이 형성된 후, 밸브 챔버(284)는 밸브 격막(286) 내의 공극을 통해 프로세스 챔버(250)와 같은 하류 유체 구조물과 유체 연통되며, 여기서 시약이 샘플과 조합될 수 있다. 시약이 레인(203)의 시약 취급측(261) 내로 로딩된 후에, 제2 투입 개구부(260)가 폐쇄, 밀봉 및/또는 플러깅될 수 있다. 이로써, 샘플 처리 장치(200)는 처리 동안 주변으로부터 밀봉되거나 "통기되지 않을" 수 있다.
도 2 내지 도 8에 예시된 실시예에서, 동일한 평형 채널(255)이 샘플 취급측(211)과 시약 취급측(261) 둘 모두에서 하류 방향의 유체 이동을 용이하게 하여, 동시에 또는 상이한 시간에 발생할 수 있는, 프로세스 챔버(250)로의 샘플과 시약 둘 모두의 이동을 도울 수 있다.
밸브 격막(286)의 하류측(즉, 이는 예시된 샘플 처리 장치(200)의 상부 표면(206)에 대면함; 도 6 참조)은 밸브 챔버(284)(및 궁극적으로는, 투입 챔버(265), 및 특히 계량 저장조(268))와 프로세스 챔버(250)를 유동적으로 결합시키는 분배 채널(290)에 대면하고 결국은 (예컨대, 개구 또는 공극이 밸브 격막(236)에 형성된 후에) 분배 채널 내로 개방된다. 평형 채널(255) 및 샘플 분배 채널(240)과 유사하게, 분배 채널(290)은 기재(202)의 상부 표면(206) 및/또는 저부 표면(209) 상의 일련의 채널, 및 기재(202)의 상부 표면(206) 내의 단차형 부분을 횡단하는 것을 도울 수 있는, 상부 표면(206)과 저부 표면(209) 사이에서 연장하는 하나 이상의 비아로 형성될 수 있다 예를 들어, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 분배 채널(290)은 기재(202)의 중간 단차부(213)의 상부 표면(206)을 따라 연장하는 제1 채널 또는 부분(292)(도 6 참조); 상부 표면(206)으로부터 저부 표면(209)으로 연장하는 제1 비아(294)(도 6 및 도 7 참조); 단차형 상부 표면(206)을 횡단하는 것을 피하기 위해 저부 표면(209)을 따라 연장하는 제2 채널 또는 부분(296)(도 7 참조); 저부 표면(209)으로부터 상부 표면(206)으로 연장하는 제2 비아(297)(도 6 및 도 7 참조), 및 상부 표면(206)을 따라 연장하고 프로세스 챔버(250) 내로 흘러드는 제3 채널 또는 부분(298)(도 6 참조)을 포함할 수 있다.
시약에 힘이 가해져 시약이 투입 챔버(265)(즉, 계량 저장조(268))로부터, 유체 통로(278)를 통해, 밸브 챔버(284) 내로, 밸브 격막(286) 내의 공극을 통해, 분배 채널(290)을 따라, 그리고 프로세스 챔버(250) 내로 이동하게 할 수 있으며, 여기서 시약과 샘플이 조합될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 그러한 힘은 예를 들어 회전축(B-B)을 중심으로 샘플 처리 장치(200)를 회전시킴으로써 생성될 수 있는 원심력일 수 있지만, 그러한 힘은 또한 압력차(예컨대, 정압 및/또는 부압), 및/또는 중력에 의해 확립될 수 있다. 적당한 힘 하에서, 시약은 비아를 포함하는 다양한 유체 구조물을 통해 횡단하여 궁극적으로는 프로세스 챔버(250) 내에 머무를 수 있다. 특히, 격막 밸브(282)가 개방되고 충분한 힘이 시약에 가해져 시약을 모세관 밸브(280)의 유체 통로(278)를 통해 이동시킨 후에, 계량 저장조(268)(즉, 배플(266) 및 폐기물 저장조(270))에 의해 제어된 바와 같은 선택된 체적의 시약이 프로세스 챔버(250)로 이동될 것이다.
도 2 내지 도 8에 예시된 실시예에서, 밸브 격막(286)은 밸브 챔버(284)와 검출(또는 프로세스) 챔버(250) 사이에 배치되며, 특히 밸브 챔버(284)와 프로세스 챔버(250)로 이어지는 분배 채널(290) 사이에 배치된다. 분배 채널(290)이 단지 예로서 도시되어 있지만, 일부 실시예에서, 밸브 챔버(284)가 프로세스 챔버(250) 내로 직접적으로 개방될 수 있어서, 밸브 격막(286)이 밸브 챔버(284)와 프로세스 챔버(250) 사이에 직접 위치된다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 일부 실시예에서, 샘플 분배 채널(240) 또는 시약 분배 채널(290) 어느 것도 채용되지 않거나, 도 2 내지 도 8의 실시예에 예시된 바와 같이, 둘 모두보다는, 분배 채널(240, 290) 중 하나만이 채용된다.
하기의 프로세스는 도 2 내지 도 8의 샘플 처리 장치(200)를 사용하여 샘플을 처리하는 하나의 예시적인 방법을 기술한다.
단지 예로서, 하기의 프로세스의 경우, 2011년 5월 18일자로 출원된 공히 계류 중인 미국 출원 제61/487,618호에 기술된 시스템과 같은, 샘플 처리 시스템 또는 기구 상에 또는 그 내에 샘플 처리 장치(200)가 위치되기 전에, 샘플과 시약 둘 모두가 샘플 처리 장치(200) 상에 로딩될 것이다. 그러나, 샘플 및 시약은 대신에 프로세스 챔버(250)의 배경 스캔이 획득된 후에 샘플 처리 장치(200) 상에 로딩될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
관심대상의 레인(203) 위의 사용-전 층(205)을 제거하고, 레인(203)의 샘플 취급측(211) 상의 투입 개구부(210)를 통해 투입 챔버(215) 내로 원시 샘플을 주입(예컨대, 피펫팅)함으로써, 샘플 및 시약이 샘플 처리 장치 또는 "디스크"(200) 상에 로딩될 수 있다. 시약이 또한 이때 로딩될 수 있으며, 따라서 이러한 예에 대해, 레인(203)의 시약 취급측(261) 상의 투입 개구부(260)를 통해 투입 챔버(265) 내로 시약을 주입함으로써 시약이 또한 이때 디스크(200) 상에 로딩된다고 가정할 것이다. 이어서, 전술된 바와 같이, 주변으로부터 개구부(210, 260)를 밀봉하는 데 플러그(207), 또는 다른 적당한 시일, 필름, 또는 커버가 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 사용-전 층(205)이 간단히 투입 개구부(210, 260) 위에서 교체될 수 있다.
이어서 디스크(200)가 그의 중심(201)을 중심으로 그리고 회전축(B-B)을 중심으로 회전하게 될 수 있다. 디스크(200)는 샘플 및 시약을 그들 각자의 계량 저장조(218, 268) 내로 가압하기에 충분한 제1 속도(또는 속도 프로파일) 및 제1 가속도(또는 가속도 프로파일)로 회전될 수 있으며, 이때 요구되는 체적을 초과하는 임의의 과량은 각자의 폐기물 저장조(220, 270) 내로 지향된다.
예를 들어, 일부 실시예에서, 제1 속도 프로파일은 하기를 포함할 수 있다: 디스크(200)가 (i) 모든 물질을 바로 폐기물 저장조(220, 270) 내로 가압하지 않고서 물질들을 그들 각자의 계량 저장조(218, 268)로 이동시키는 제1 속도로 회전되고, (ii) 소정 기간(예컨대, 3초) 동안 유지되고, (iii) 계량 저장조(218, 268)의 체적을 초과하는 임의의 양의 물질이 폐기물 저장조(220, 270) 내로 흘러 넘치게 하는 제2 속도에서 회전됨. 그러한 회전 계획은 "계량 프로파일", "계량 계획" 등으로 지칭될 수 있는데, 그 이유는 물질들이 전적으로 폐기물 저장조(220, 270) 내로 가압되지는 않는 것을 보장하면서 물질들이 각자의 계량 저장조(218, 268) 내로 이동되게 하기 때문이다. 그러한 예에서, 속도 및 가속도는 샘플 및/또는 시약이 각자의 유체 통로(228, 278) 내로 이동하여 밸브 격막(236, 286)을 "습윤시킬(wet out)" 속도 및 가속도 미만으로 유지된다. 이 속도 및 가속도 프로파일이 격막(236, 286)의 습윤을 야기할 것보다 낮게 유지되면서 샘플 및 시약을 계량하기에 충분할 것이기 때문에, 이는 간단히 "제1" 속도 및 가속도로 기술될 수 있다. 즉, 제1 속도 및 가속도는 샘플 또는 시약을 각자의 유체 통로(228, 278) 내로 가압하기에 불충분하여서, 계량된 체적의 샘플 및 시약이 그들 각자의 투입 챔버(215, 265) 내에 유지되게 한다.
디스크(200)는 특정 분석을 위해 또는 시스템을 유효화하기 위해 요구될 수 있는 임의의 초기 또는 배경 스캔 동안에 계속하여 회전하게 될 수 있다. 그러한 검출 및 유효화 시스템에 관한 추가의 상세 사항은 2011년 5월 18일자로 출원된 미국 출원 제61/487,618호에서 확인될 수 있다.
이어서 디스크(200)는 회전이 중지될 수 있으며, 샘플 격막 밸브(232)와 시약 격막 밸브(282) 중 하나 또는 둘 모두가, 예를 들어 밸브 격막(들)(236, 286) 내에 공극을 형성함으로써 개방될 수 있다. 그러한 공극은, 예를 들어 미국 특허 제7,709,249호, 제7,507,575호, 제7,527,763호 및 제7,867,767호에 기술된 바와 같은, 레이저 밸브 제어 시스템 및 방법을 사용하여 각각의 격막(236, 286)의 상부 표면에 전자기 에너지를 지향시킴으로써 형성될 수 있다. 이러한 예를 위해, 샘플이 먼저 프로세스 챔버(250)로 이동되고, 이에 따라 샘플 밸브 격막(236)이 먼저 개방된다고 가정할 것이다. 샘플 밸브 격막(236)은 투입 챔버(215)와 프로세스 챔버(250)를 하류 방향을 통해 유체 연통되는 상태로 두도록 배치 및 개방될 수 있다.
이어서 디스크(200)는 샘플을 유체 통로(228) 내로, 격막(236) 내에 형성된 개구를 통해, 분배 채널(240)을 통해, 그리고 프로세스 챔버(250) 내로 이동시키기에 충분한(즉, 모세관 밸브(230)를 개방시키고 샘플이 이를 통해 이동하게 하기에 충분한) 제2 속도(또는 속도 프로파일) 및 제1 가속도(가속도 프로파일)로 회전될 수 있다. 한편, 프로세스 챔버(250) 내에 존재하는 임의의 유체(예컨대, 기체)는 샘플이 프로세스 챔버(250) 내로 이동됨에 따라 평형 채널(255) 내로 변위될 수 있다. 이러한 회전 속도 및 가속도는 샘플을 검출 챔버(250)로 이동시키기에 충분하지만 시약이 모세관 밸브(280)의 유체 통로(278) 내로 이동하여 격막(286)을 습윤시키게 하기에는 충분하지 않을 수 있다.
이어서 디스크(200)가 회전 및 가열될 수 있다. 그러한 가열 단계는, 예를 들어 샘플 내의 세포의 용해를 야기할 수 있다. 일부 실시예에서, 열 세포 용해를 위해 필요한 온도가 시약 내에 존재하는 필요 효소(예를 들어, 역전사 효소)를 변성시킬 수 있기 때문에, 이러한 가열 단계 동안 프로세스 챔버(250) 내에 시약이 존재하지 않는 것이 중요하다. 열 세포 용해가 단지 예로서 기술되었지만, 다른(예컨대, 화학적) 용해 프로토콜이 대신에 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
이어서 디스크(200)는 회전이 중지될 수 있으며, 시약 격막 밸브(282)가 개방될 수 있다. 시약 격막 밸브(282)는 시약 밸브 격막(286) 내에 공극을 형성하여 투입 챔버(265)를 하류 방향을 통해 프로세스 챔버(250)와 유체 연통되는 상태로 두기 위해 샘플 격막 밸브(232)의 방법과 동일한 방법에 의해 개방될 수 있다.
이어서 디스크(200)는 시약을 프로세스 챔버(250)로 이송하기 위해 제2 속도(또는 속도 프로파일) 및 제2 가속도(또는 가속도 프로파일) 또는 그보다 높게 회전될 수 있다. 즉, 이 회전 속도 및 가속도는 시약을 유체 통로(278) 내로, 격막(286) 내에 형성된 개구를 통해, 분배 채널(290)을 통해, 그리고 검출 챔버(250) 내로 이동시키기에 충분할(즉, 모세관 밸브(280)를 개방시키고 시약이 이를 통해 이동하게 하기에 충분할) 수 있다. 한편, 프로세스 챔버(250) 내에 존재하는 임의의 추가의 유체(예컨대, 기체)는 시약이 프로세스 챔버(250) 내로 이동됨에 따라 평형 채널(255) 내로 변위될 수 있다. 이는 특히 디스크(200)와 같은 실시예에 의해 가능하게 되는데, 그 이유는 디스크(200)가 회전 중일 때, 프로세스 챔버(250) 내에 존재하는 임의의 액체(예컨대, 샘플)가 최외측부(252)(도 6 참조)에 대항하여 가압되어, 프로세스 챔버(250) 내에 존재하는 임의의 액체가 분배 채널(290) 및 평형 채널(255)이 프로세스 챔버(250)에 연결되는 위치의 반경방향 외향으로 배치되게 하여, 기체 교환이 발생할 수 있게 하기 때문이다. 달리 말하면, 디스크(200)가 회전 중일 때, 분배 채널(290) 및 평형 채널(255)은 검출 챔버(250) 내의 유체 수준의 상류(예컨대, 반경방향 내향)인 위치에서 프로세스 챔버(250)에 연결된다. 예를 들어, 분배 채널(290) 및 평형 채널(255)은 프로세스 챔버(250)의 최내측 단부(251)에 인접하게 연결된다.
이어서 원하는 반응 및 검출 계획을 위해 필요한 대로 디스크(200)의 회전이 계속될 수 있다. 예를 들어, 시약이 프로세스 챔버(250) 내에 존재하기 때문에, 프로세스 챔버(250)는 역전사를 개시하기에 필요한 온도(예컨대, 47℃)로 가열될 수 있다. PCR 등을 위해 필요한 가열 및 냉각 사이클과 같은 추가의 열 사이클링이 필요한 대로 채용될 수 있다.
전술된 프로세스가 디스크(200) 상에서 한 번에 하나의 레인(203)에 채용될 수 있거나, 하나 이상의 레인이 이러한 프로세스에 따라 동시에 로딩 및 처리될 수 있다는 것에 유의하여야 한다.
본 발명의 다양한 실시예가 단지 예로서 첨부 도면에 도시되어 있지만, 본 명세서에 기술 및 예시된 실시예들의 다양한 조합이 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 채용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 샘플 처리 장치(200)의 각각의 레인(203)이 본질적으로 2개의 도 1의 처리 어레이(100)를 포함하는 것으로 도시되어 있지만; 샘플 처리 장치(200)는 단지 예로서 도시된 것이며 제한하고자 하는 것이 아니라는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 각각의 레인(203)은 대신에, 특정 응용을 위해 필요한 대로, 2개 미만 또는 초과의 처리 어레이(100)를 포함할 수 있다. 또한, 각각의 계량 저장조(118, 218, 268)는, 격막 밸브(132, 232, 282)와 또한 유체 연통되는 모세관 밸브(130, 230, 280)와 유체 연통되는 것으로 예시되어 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 계량 저장조(118, 218, 268)는 단지 모세관 밸브(130, 230, 280)와만 유체 연통될 수 있어서, 모세관력이 극복될 때, 선택된 체적의 물질이 모세관 밸브(130, 230, 280)의 하류 단부로부터 프로세스 챔버(250)로 이동하도록 허용된다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 각각의 처리 어레이(100, 211, 261)가 하나의 투입 챔버(115, 215, 265) 및 하나의 프로세스 챔버(150, 250, 250)를 포함하는 것으로 예시되어 있지만; 필요한 만큼 많은 챔버 및 유체 구조물이 투입 챔버(115, 215, 265)와 프로세스 챔버(150, 250) 사이에 개재되어 채용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 결과적으로, 본 발명은 본 명세서에 기술된 모든 다양한 특징부, 요소, 및 이들 특징부 및 요소에 대한 대안물뿐만 아니라, 그러한 특징부 및 요소의 가능한 조합을 고려하여 전체로서 취해져야 한다.
본 발명의 하기 실시예는 예시적이고 비제한적인 것으로 의도된다.
실시예
실시예 1은 회전축을 중심으로 회전되도록 구성되는 샘플 처리 장치 상의 계량 구조물로서,
선택된 체적의 액체를 보유하도록 구성되는 계량 저장조 - 상기 계량 저장조는 제1 단부, 및 상기 회전축에 대해 상기 제1 단부의 반경방향 외향으로 위치되는 제2 단부를 포함함 - ;
상기 계량 저장조의 상기 제1 단부와 유체 연통되도록 위치되고, 상기 계량 저장조의 상기 선택된 체적이 초과된 때 상기 계량 저장조로부터 과량의 액체를 포획하도록 구성되는 폐기물 저장조 - 상기 폐기물 저장조의 적어도 일부분은 상기 회전축에 대해 상기 계량 저장조의 반경방향 외향으로 위치됨 - ; 및
상기 계량 저장조의 상기 제2 단부와 유체 연통되는 모세관 밸브 - 상기 모세관 밸브는 상기 회전축에 대해 상기 계량 저장조의 적어도 일부분의 반경방향 외향으로 위치되고, 요구될 때까지 액체가 상기 계량 저장조에서 유출되는 것을 억제하도록 구성됨 - 를 포함하며,
상기 계량 구조물은 상기 계량 구조물이 주변과 유체 연통되지 않도록 통기되지 않는, 계량 구조물.
실시예 2는 실시예 1에 있어서, 상기 계량 저장조와 상기 폐기물 저장조는 각각 상기 샘플 처리 장치의 투입 챔버의 일부분을 형성하고, 상기 계량 저장조와 상기 폐기물 저장조는 적어도 하나의 배플에 의해 분리되는, 계량 구조물.
실시예 3은 실시예 2에 있어서, 상기 투입 챔버와 유체 연통되도록 위치되고, 상기 선택된 체적의 유체를 상기 계량 저장조로부터 상기 모세관 밸브를 통해 수용하도록 구성되는 프로세스 챔버를 추가로 포함하는, 계량 구조물.
실시예 4는 실시예 3에 있어서, 상기 프로세스 챔버는 상기 액체를 함유하고 유체를 포함하기 위한 체적을 한정하고, 상기 프로세스 챔버를 상기 투입 챔버와 유동적으로 결합시키도록 위치되는 평형 채널 - 상기 평형 채널은 유체가 상기 프로세스 챔버로부터 상기 투입 챔버로 상기 모세관 밸브로 재유입되지 않고서 상기 평행 채널을 통해 유동할 수 있도록 하는 방식으로 위치됨 - 을 추가로 포함하며, 상기 채널은 상기 액체가 상기 프로세스 챔버로 유입되고 유체의 적어도 일부를 변위시킬 때 상기 유체가 상기 프로세스 챔버에서 유출되는 경로를 제공하도록 위치되는, 계량 구조물.
실시예 5는 실시예 3에 있어서, 상기 액체가 상기 프로세스 챔버로 유입되고 유체의 적어도 일부를 변위시킬 때 상기 유체가 상기 프로세스 챔버에서 유출되는 추가의 경로를 제공하기 위해, 상기 프로세스 챔버와 상기 투입 챔버 사이에서 유체 연통되도록 위치되는 평형 채널을 추가로 포함하는, 계량 구조물.
실시예 6은 실시예 1 내지 5 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 계량 저장조는 상기 선택된 체적을 한정하도록 배열되는 기부 및 부분 측벽을 포함하고, 상기 폐기물 저장조는 상기 계량 저장조의 상기 선택된 체적이 초과된 때 상기 부분 측벽을 넘어 흘러나오는 과량의 액체를 포획하도록 위치되는, 계량 구조물.
실시예 7은 실시예 1, 2 및 6 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 계량 저장조의 상기 제2 단부와 유체 연통되도록 위치되고, 상기 선택된 체적의 액체를 상기 계량 저장조로부터 상기 모세관 밸브를 통해 수용하도록 구성되는 프로세스 챔버를 추가로 포함하는, 계량 구조물.
실시예 8은 실시예 1 내지 7 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 모세관 밸브는 상기 계량 저장조에 결합되는 입구, 및 출구를 포함하고, 상기 모세관 밸브의 상기 출구에 결합되는 추가의 챔버를 추가로 포함하는, 계량 구조물.
실시예 9는 실시예 1 내지 8 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 모세관 밸브의 출구와 유체 연통되는 격막 밸브를 추가로 포함하는, 계량 구조물.
실시예 10은 실시예 1 내지 8 중 어느 한 실시예에 있어서,
상기 모세관 밸브의 출구와 유체 연통되는 밸브 챔버;
상기 밸브 챔버의 출구와 유체 연통되도록 위치되는 프로세스 챔버; 및
상기 밸브 챔버와 상기 프로세스 챔버 사이에 배치되는 밸브 격막
을 추가로 포함하고, 상기 밸브 격막은
상기 밸브 챔버와 상기 프로세스 챔버가 유체 연통되지 않는 폐쇄된 구성, 및
상기 밸브 챔버와 상기 프로세스 챔버가 유체 연통되는 개방된 구성을 갖는, 계량 구조물.
실시예 11은 실시예 10에 있어서, 상기 모세관 밸브는 상기 밸브 격막이 상기 폐쇄된 구성으로 있을 때 상기 액체가 모세관 유동에 의해 상기 계량 저장조 밖으로 위킹되어 상기 밸브 격막에 인접하여 수집되는 것을 억제하도록 구성되는, 계량 구조물.
실시예 12는 실시예 10 또는 11에 있어서, 상기 액체는, 상기 밸브 격막이
유체 통로의 치수,
상기 유체 통로의 표면 에너지,
상기 액체의 표면 장력, 및
상기 밸브 챔버 내에 존재하는 임의의 기체
중 적어도 하나에 의해 상기 폐쇄된 구성으로 있을 때, 상기 계량 저장조에서 유출되는 것이 억제되는, 계량 구조물.
실시예 13은 실시예 10 내지 12 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 밸브 챔버, 상기 모세관 밸브, 및 상기 밸브 격막은 상기 밸브 격막이 상기 폐쇄된 구성으로 있을 때 상기 밸브 챔버가 증기 폐색을 제공하도록 구성되는, 계량 구조물.
실시예 14는 회전축을 중심으로 회전되도록 구성되는 샘플 처리 장치 상의 처리 어레이로서,
투입 챔버 - 상기 투입 챔버는
선택된 체적의 액체를 보유하도록 구성되는 계량 저장조 - 상기 계량 저장조는 제1 단부, 및 상기 회전축에 대해 상기 제1 단부의 반경방향 외향으로 위치되는 제2 단부를 포함함 - ,
상기 계량 저장조의 상기 제1 단부와 유체 연통되도록 위치되고, 상기 계량 저장조의 상기 선택된 체적이 초과된 때 상기 계량 저장조로부터 과량의 액체를 포획하도록 구성되는 폐기물 저장조 - 상기 폐기물 저장조의 적어도 일부분은 상기 회전축에 대해 상기 계량 저장조의 반경방향 외향으로 위치됨 - , 및
적어도 부분적으로 상기 계량 저장조의 상기 선택된 체적을 한정하도록 그리고 상기 계량 저장조와 상기 폐기물 저장조를 분리하도록 위치되는 배플을 포함함 - ;
상기 투입 챔버의 상기 계량 저장조의 상기 제2 단부와 유체 연통되도록 위치되는 모세관 밸브 - 상기 모세관 밸브는 상기 회전축에 대해 상기 계량 저장조의 적어도 일부분의 반경방향 외향으로 위치되고, 요구될 때까지 액체가 상기 계량 저장조에서 유출되는 것을 억제하도록 구성됨 - ; 및
상기 투입 챔버와 유체 연통되도록 위치되고, 상기 선택된 체적의 유체를 상기 계량 저장조로부터 상기 모세관 밸브를 통해 수용하도록 구성되는 프로세스 챔버를 포함하는, 처리 어레이.
실시예 15는 실시예 14에 있어서, 상기 처리 어레이는 상기 처리 어레이가 주변과 유체 연통되지 않도록 통기되지 않은, 처리 어레이.
실시예 16은 실시예 14 또는 15에 있어서, 상기 배플은 제1 배플이고, 액체를 상기 투입 챔버의 상기 계량 저장조 내로 지향시키도록 위치되는 적어도 하나의 제2 배플을 추가로 포함하는, 처리 어레이.
실시예 17은 실시예 14 내지 16 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 프로세스 챔버는 상기 액체를 함유하고 유체를 포함하기 위한 체적을 한정하고, 상기 프로세스 챔버를 상기 투입 챔버와 유동적으로 결합시키도록 위치되는 평형 채널 - 상기 평형 채널은 유체가 상기 프로세스 챔버로부터 상기 투입 챔버로 상기 모세관 밸브로 재유입되지 않고서 상기 평행 채널을 통해 유동할 수 있도록 하는 방식으로 위치됨 - 을 추가로 포함하며, 상기 채널은 상기 액체가 상기 프로세스 챔버로 유입되고 유체의 적어도 일부를 변위시킬 때 상기 유체가 상기 프로세스 챔버에서 유출되는 경로를 제공하도록 위치되는, 처리 어레이.
실시예 18은 실시예 14 내지 16 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 액체가 상기 프로세스 챔버로 유입되고 유체의 적어도 일부를 변위시킬 때 상기 유체가 상기 프로세스 챔버에서 유출되는 추가의 경로를 제공하기 위해, 상기 프로세스 챔버와 상기 투입 챔버 사이에서 유체 연통되도록 위치되는 평형 채널을 추가로 포함하는, 처리 어레이.
실시예 19는 실시예 14 내지 18 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 모세관 밸브와 상기 프로세스 챔버 사이에 위치되는 격막 밸브를 추가로 포함하는, 처리 어레이.
실시예 20은 실시예 14 내지 18 중 어느 한 실시예에 있어서,
상기 모세관 밸브와 상기 프로세스 챔버 사이에 위치되는 밸브 챔버;
상기 밸브 챔버와 상기 프로세스 챔버 사이에 배치되는 밸브 격막
을 추가로 포함하고, 상기 밸브 격막은
상기 밸브 챔버와 상기 프로세스 챔버가 유체 연통되지 않는 폐쇄된 구성, 및
상기 밸브 챔버와 상기 프로세스 챔버가 유체 연통되는 개방된 구성을 갖는, 처리 어레이.
실시예 21은 실시예 20에 있어서, 상기 모세관 밸브는 상기 밸브 격막이 상기 폐쇄된 구성으로 있을 때 상기 액체가 모세관 유동에 의해 상기 계량 저장조 밖으로 위킹되어 상기 밸브 격막에 인접하여 수집되는 것을 억제하도록 구성되는, 처리 어레이.
실시예 22는 실시예 20 또는 21에 있어서, 상기 액체는, 상기 밸브 격막이
유체 통로의 치수,
상기 유체 통로의 표면 에너지,
상기 액체의 표면 장력, 및
상기 밸브 챔버 내에 존재하는 임의의 기체 중
적어도 하나에 의해 상기 폐쇄된 구성으로 있을 때, 상기 계량 저장조에서 유출되는 것이 억제되는, 처리 어레이.
실시예 23은 실시예 20 내지 22 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 밸브 챔버, 상기 모세관 밸브, 및 상기 밸브 격막은 상기 밸브 격막이 상기 폐쇄된 구성으로 있을 때 상기 밸브 챔버가 증기 폐색을 제공하도록 구성되는, 처리 어레이.
실시예 24는 샘플 처리 장치 상에서의 체적 계량을 위한 방법으로서,
회전축을 중심으로 회전되도록 구성되고 처리 어레이를 포함하는 샘플 처리 장치를 제공하는 단계 - 상기 처리 어레이는
선택된 체적의 액체를 보유하도록 구성되는 계량 저장조 - 상기 계량 저장조는 제1 단부, 및 상기 회전축에 대해 상기 제1 단부의 반경방향 외향으로 위치되는 제2 단부를 포함함 - ,
상기 계량 저장조의 상기 제1 단부와 유체 연통되도록 위치되고, 상기 계량 저장조의 상기 선택된 체적이 초과된 때 상기 계량 저장조로부터 과량의 액체를 포획하도록 구성되는 폐기물 저장조 - 상기 폐기물 저장조의 적어도 일부분은 상기 회전축에 대해 상기 계량 저장조의 반경방향 외향으로 위치됨 - ,
상기 계량 저장조의 상기 제2 단부와 유체 연통되는 모세관 밸브 - 상기 모세관 밸브는 상기 회전축에 대해 상기 계량 저장조의 적어도 일부분의 반경방향 외향으로 위치되고, 요구될 때까지 액체가 상기 계량 저장조에서 유출되는 것을 억제하도록 구성됨 - , 및
상기 모세관 밸브를 통해 상기 계량 저장조와 유체 연통되도록 위치되는 프로세스 챔버를 포함함 - ;
액체를 상기 샘플 처리 장치의 상기 처리 어레이 내에 위치시키는 단계;
제1 힘을 상기 액체에 가하기 위해 상기 샘플 처리 장치를 상기 회전축을 중심으로 회전시켜서, 상기 선택된 체적의 상기 액체가 상기 계량 저장조 내에 함유되고 임의의 추가의 체적의 상기 액체가 상기 폐기물 저장조 내로 이동되지만 상기 모세관 밸브로는 이동되지 않게 함으로써 상기 액체를 계량하는 단계; 및
상기 액체가 계량된 후에, 상기 제1 힘보다 큰 제2 힘을 상기 액체에 가하기 위해 상기 샘플 처리 장치를 상기 회전축을 중심으로 회전시킴으로써 상기 선택된 체적의 상기 액체를 상기 모세관 밸브를 통해 상기 프로세스 챔버로 이동시키는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 25는 실시예 24에 있어서, 상기 샘플 처리 장치는,
상기 모세관 밸브와 상기 프로세스 챔버 사이에 위치되는 밸브 챔버; 및
상기 밸브 챔버와 상기 프로세스 챔버 사이에 배치되는 밸브 격막
을 추가로 포함하고, 상기 밸브 격막은
상기 밸브 챔버와 상기 프로세스 챔버가 유체 연통되지 않는 폐쇄된 구성, 및
상기 밸브 챔버와 상기 프로세스 챔버가 유체 연통되는 개방된 구성을 갖는, 방법.
실시예 26은 실시예 25에 있어서, 상기 선택된 체적의 샘플을 상기 프로세스 챔버로 이동시키기 전에, 상기 밸브 격막 내에 개구를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
실시예 27은 실시예 25 또는 26에 있어서, 상기 밸브 챔버, 상기 모세관 밸브, 및 상기 밸브 격막은 상기 밸브 격막이 상기 폐쇄된 구성으로 있을 때 상기 밸브 챔버가 증기 폐색을 제공하도록 구성되는, 방법.
실시예 28은 실시예 24 내지 27 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 선택된 체적의 상기 액체가 상기 프로세스 챔버로 이동됨에 따라 상기 처리 어레이를 내부적으로 통기시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
실시예 29는 실시예 24 내지 28 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 프로세스 챔버는 상기 액체를 함유하고 유체를 포함하기 위한 체적을 한정하고, 상기 프로세스 챔버를 상기 투입 챔버와 유동적으로 결합시키도록 위치되는 평형 채널 - 상기 평형 채널은 유체가 상기 프로세스 챔버로부터 상기 투입 챔버로 상기 모세관 밸브로 재유입되지 않고서 상기 평행 채널을 통해 유동할 수 있도록 하는 방식으로 위치됨 - 을 추가로 포함하며, 상기 채널은 상기 액체가 상기 프로세스 챔버로 유입되고 유체의 적어도 일부를 변위시킬 때 상기 유체가 상기 프로세스 챔버에서 유출되는 경로를 제공하도록 위치되는, 방법.
실시예 30은 실시예 24 내지 29 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 액체가 상기 프로세스 챔버로 유입되고 유체의 적어도 일부를 변위시킬 때 상기 유체가 상기 프로세스 챔버에서 유출되는 추가의 경로를 제공하기 위해, 상기 프로세스 챔버와 상기 투입 챔버 사이에서 유체 연통되도록 위치되는 평형 채널을 추가로 포함하는, 방법.
실시예 31은 실시예 1 내지 13 중 어느 한 실시예에 있어서, 실시예 14 내지 23 중 어느 한 실시예에 있어서 또는 실시예 24 내지 30 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 액체는 수정 액체인, 계량 구조물, 처리 어레이 또는 방법.
실시예 32는 실시예 1 내지 13 및 31 중 어느 한 실시예에 있어서, 실시예 14 내지 23 및 31 중 어느 한 실시예에 있어서 또는 실시예 24 내지 31 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 모세관 밸브는, 액체에 가해지는 힘, 상기 액체의 표면 장력, 및 상기 모세관 밸브의 표면 에너지 중 적어도 하나가 상기 액체를 상기 모세관 밸브를 지나 이동시키기에 충분할 때까지, 상기 액체가 상기 계량 저장조에서 유출되는 것을 억제하도록 구성되는, 계량 구조물, 처리 어레이 또는 방법.
실시예 33은 실시예 1 내지 13 및 31 및 32 중 어느 한 실시예에 있어서, 실시예 14 내지 23 및 31 및 32 중 어느 한 실시예에 있어서 또는 실시예 24 내지 32 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 모세관 밸브는 상기 액체가 모세관 유동에 의해 상기 계량 저장조 밖으로 위킹되는 것을 억제하도록 치수설정된 협착부를 갖는 유체 통로를 포함하는, 계량 구조물, 처리 어레이 또는 방법.
실시예 34는 실시예 33에 있어서, 상기 협착부는, 액체에 가해지는 힘, 상기 액체의 표면 장력, 및 상기 협착부의 표면 에너지 중 적어도 하나가 상기 액체를 상기 협착부를 지나 이동시키기에 충분할 때까지, 상기 액체가 상기 계량 저장조에서 유출되는 것을 억제하도록 치수설정된, 계량 구조물, 처리 어레이 또는 방법.
실시예 35는 실시예 33 또는 34에 있어서, 상기 협착부는, 상기 샘플 처리 장치가 회전되고 원심력이 액체를 상기 계량 저장조에서 유출되게 하기에 충분하게 될 때까지, 상기 액체가 상기 계량 저장조에서 유출되는 것을 억제하도록 치수설정된, 계량 구조물, 처리 어레이 또는 방법.
실시예 36은 실시예 33 내지 35 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 협착부는 상기 계량 저장조의 상기 제2 단부에 바로 인접하게 배치되는, 계량 구조물, 처리 어레이 또는 방법.
하기 작동 예는 본 발명을 예시하는 것이고 비제한적인 것으로 의도된다.
예
물질:
샘플: 바이러스, 클라미디아, 미코플라스마, 및 우레아플라스마용 코판 범용 수송 배지(UTM), 3.0 ㎖ 튜브, 부품 번호 330C, 로트 39P505 (미국 조지아주 무리에타 소재의 코판 다이아그노스틱스).
시약 마스터 믹스: 어플라이드 바이오시스템즈(Applied Biosystems) (미국 캘리포니아주 포스터 시티 소재) 10x PCR 완충액, P/N 4376230, 로트 번호 1006020, 뉴클레아제 없는 물(nuclease-free water)로 1x로 희석됨.
장비:
이러한 예에서 샘플 처리 장치 또는 "디스크"로서, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 제품 번호 3958로서 입수가능한, 전술되고 도 2 내지 도 8에 도시된 "적당한 복잡성의 디스크"를 사용하였다.
이러한 예에서 샘플 처리 시스템 또는 "기구"로서, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 통합형 사이클러 모델(Integrated Cycler Model) 3954를 사용하였다.
예 1
20 ㎕ 내지 100 ㎕의 다양한 양의 투입 체적으로부터 10 ㎕의 샘플을 계량하는 디스크의 능력을 판단하기 위해 하기 실험을 수행하였다.
예 1 절차 - 샘플 계량 프로토콜:
1. X 양의 UTM 샘플을 디스크의 샘플 투입 개구부 내로 첨가함, 여기서 X는 표 1에 기술된 다수의 디스크 및 샘플에 따라 20 내지 100 ㎕로 변동시켰다.
2. 로딩된 디스크를 기구 상으로 위치시킴.
3. 10 ㎕ 샘플을 하기 절차에 의해 계량 저장조 내에서 계량함: 디스크를 24.4 회전/초2의 가속도로 525 rpm에서 회전시키고, 5초 동안 유지하고, 이어서 24.4 회전/초2의 가속도로 975 rpm에서 회전시키고, 5초 동안 유지하였다. 10 ㎕의 샘플이 샘플 계량 저장조 내에 보유되었다. 나머지는 폐기물 저장조로 흘러 넘쳤다.
4. 레이저 호밍(laser homing)을 수행함(즉, 2011년 5월 18일자로 출원된 공히 계류 중인 미국 출원 제61/487,618호에 기술되고 동일한 공히 계류 중인 출원의 도 14에 도시된 프로세스에 따름). 사용된 레이저는 일본 도쿄 소재의 소니 코포레이션(Sony Corporation)으로부터 입수가능한, 고 출력 밀도 레이저 다이오드(high power density laser diode), 부품 번호 SLD323V였다.
5. 2011년 5월 18일자로 출원된 공히 계류 중인 미국 출원 제61/487,618호에 기술되고 동일한 공히 계류 중인 출원의 도 12에 도시된 프로세스에 따라, 디스크의 회전을 정지시키고, 800 밀리와트(mW)에서 2초의 1 레이저 펄스에 의해 샘플 밸브를 개방함.
6. 10 ㎕의 샘플을 24.4 회전/초2의 가속도로 1800 rpm에서 디스크를 회전시킴으로써 프로세스 챔버로 이송시키고, 10초 동안 유지함.
7. 디스크를 정지시키고, 기구로부터 제거하였다.
8. 주사기 바늘을 사용하여 샘플 체적을 검출 챔버로부터 제거하였다. 웰의 전체 내용물을 포장중량 칭량 보트(tared weigh boat)로 이송하여, 보정된 분석용 저울을 사용하여 칭량하였다.
9. UTM의 기지의 밀도를 사용하여, 검출 챔버 내로 계량된 UTM의 체적을 계산하였다. 결과가 표 1에 제시되어 있다.
Figure pct00002
예 2
예 1과 동일한 장비에 의해 예 2를 수행하였다. 그러나, 40 ㎕ 초과의 개시 투입 체적으로부터 40 ㎕의 마스터 믹스 시약을 계량하는 디스크의 능력을 판단하기 위해, UTM 샘플 대신에, 마스터 믹스 시약을 사용하였다.
예 2 절차 - 시약 계량 프로토콜:
1. 50 ㎕의 마스터 믹스 시약을 디스크당 8개 레인 각각의 시약 투입 개구부 내로 첨가함. 5개의 디스크를 사용하였고, 각각이 8개 레인을 가져서, 총 40개 샘플이 있었다.
2. 로딩된 디스크를 기구 상으로 위치시킴.
3. 40 ㎕ 시약을 하기 절차에 의해 계량 저장조 내에서 계량함: 디스크를 24.4 회전/초2의 가속도로 525 rpm에서 회전시키고, 5초 동안 유지하고, 이어서 24.4 회전/초2의 가속도로 975 rpm에서 회전시키고, 5초 동안 유지하였다. 40 ㎕의 샘플이 시약 계량 저장조 내에 보유되었다. 나머지는 폐기물 저장조로 흘러 넘쳤다.
4. 레이저 호밍을 수행함(즉, 2011년 5월 18일자로 출원된 공히 계류 중인 미국 출원 제61/487,618호에 기술되고 동일한 공히 계류 중인 출원의 도 14에 도시된 프로세스에 따름). 사용된 레이저는 일본 도쿄 소재의 소니 코포레이션으로부터 입수가능한, 고 출력 밀도 레이저 다이오드, 부품 번호 SLD323V였다.
5. 2011년 5월 18일자로 출원된 공히 계류 중인 미국 출원 제61/487,618호에 기술되고 동일한 공히 계류 중인 출원의 도 12에 도시된 프로세스에 따라, 디스크의 회전을 정지시키고, 800 mW에서 2초의 1 레이저 펄스에 의해 시약 밸브를 개방함.
6. 40 ㎕의 시약을 24.4 회전/초2의 가속도로 1800 rpm에서 디스크를 회전시킴으로써 프로세스 챔버로 이송시키고, 10초 동안 유지함.
7. 디스크를 정지시키고, 기구로부터 제거하였다.
8. 주사기 바늘을 사용하여 샘플 체적을 검출 챔버로부터 제거하였다. 웰의 전체 내용물을 포장중량 칭량 보트로 이송하여, 보정된 분석용 저울을 사용하여 칭량하였다.
9. 마스터 믹스 시약의 기지의 밀도를 사용하여, 검출 챔버 내로 계량된 시약의 체적을 계산하였다. 각각이 8개 시약 레인을 가진 5개 디스크(n=40)에 대한 결과는, 50 ㎕의 시약의 초기 체적을 각각의 시약 개구부 내로 로딩한 후에 프로세스 챔버 내로 계량된 시약의 평균이 38.9 ㎕ (표준 편차 0.33)였다.
전술되고 도면에 예시된 실시예는 단지 예로서 제시되며, 본 발명의 개념 및 원리에 대한 제한으로서 의도되지 않는다. 이로써, 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 요소들 및 그들의 구성 및 배열에 있어서의 다양한 변화가 가능하다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.
본 명세서에 인용된 모든 참조 문헌 및 공보는 전체적으로 본 명세서에서 참조로 본 발명으로 명백하게 포함된다.
본 발명의 다양한 특징 및 태양이 하기 특허청구범위에 기재된다.

Claims (23)

  1. 회전축을 중심으로 회전되도록 구성되는 샘플 처리 장치 상의 계량 구조물(metering structure)로서,
    선택된 체적의 액체를 보유하도록 구성되는 계량 저장조(metering reservoir) - 상기 계량 저장조는 제1 단부, 및 상기 회전축에 대해 상기 제1 단부의 반경방향 외향으로 위치되는 제2 단부를 포함함 - ;
    상기 계량 저장조의 상기 제1 단부와 유체 연통되도록 위치되고, 상기 계량 저장조의 상기 선택된 체적이 초과된 때 상기 계량 저장조로부터 과량의 액체를 포획하도록 구성되는 폐기물 저장조(waste reservoir) - 상기 폐기물 저장조의 적어도 일부분은 상기 회전축에 대해 상기 계량 저장조의 반경방향 외향으로 위치됨 - ; 및
    상기 계량 저장조의 상기 제2 단부와 유체 연통되는 모세관 밸브(capillary valve) - 상기 모세관 밸브는 상기 회전축에 대해 상기 계량 저장조의 적어도 일부분의 반경방향 외향으로 위치되고, 요구될 때까지 액체가 상기 계량 저장조에서 유출되는 것을 억제하도록 구성됨 - 를 포함하며,
    상기 계량 구조물은 상기 계량 구조물이 주변과 유체 연통되지 않도록 통기되지 않는, 계량 구조물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 계량 저장조와 상기 폐기물 저장조는 각각 상기 샘플 처리 장치의 투입 챔버(input chamber)의 일부분을 형성하고, 상기 계량 저장조와 상기 폐기물 저장조는 적어도 하나의 배플(baffle)에 의해 분리되는, 계량 구조물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 투입 챔버와 유체 연통되도록 위치되고, 상기 선택된 체적의 유체를 상기 계량 저장조로부터 상기 모세관 밸브를 통해 수용하도록 구성되는 프로세스 챔버(process chamber)를 추가로 포함하는, 계량 구조물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 프로세스 챔버는 상기 액체를 함유하고 유체를 포함하기 위한 체적을 한정하고, 상기 프로세스 챔버를 상기 투입 챔버와 유동적으로 결합시키도록 위치되는 평형 채널(equilibrium channel) - 상기 평형 채널은 유체가 상기 프로세스 챔버로부터 상기 투입 챔버로 상기 모세관 밸브로 재유입되지 않고서 상기 평행 채널을 통해 유동할 수 있도록 하는 방식으로 위치됨 - 을 추가로 포함하며, 상기 채널은 상기 액체가 상기 프로세스 챔버로 유입되고 유체의 적어도 일부를 변위시킬 때 상기 유체가 상기 프로세스 챔버에서 유출되는 경로를 제공하도록 위치되는, 계량 구조물.
  5. 제3항에 있어서, 상기 액체가 상기 프로세스 챔버로 유입되고 유체의 적어도 일부를 변위시킬 때 상기 유체가 상기 프로세스 챔버에서 유출되는 추가의 경로를 제공하기 위해, 상기 프로세스 챔버와 상기 투입 챔버 사이에서 유체 연통되도록 위치되는 평형 채널을 추가로 포함하는, 계량 구조물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 계량 저장조는 상기 선택된 체적을 한정하도록 배열되는 기부(base) 및 부분 측벽을 포함하고, 상기 폐기물 저장조는 상기 계량 저장조의 상기 선택된 체적이 초과된 때 상기 부분 측벽을 넘어 흘러나오는 과량의 액체를 포획하도록 위치되는, 계량 구조물.
  7. 제1항, 제2항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 계량 저장조의 상기 제2 단부와 유체 연통되도록 위치되고, 상기 선택된 체적의 액체를 상기 계량 저장조로부터 상기 모세관 밸브를 통해 수용하도록 구성되는 프로세스 챔버를 추가로 포함하는, 계량 구조물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모세관 밸브의 출구와 유체 연통되는 밸브 챔버(valve chamber);
    상기 밸브 챔버의 출구와 유체 연통되도록 위치되는 프로세스 챔버; 및
    상기 밸브 챔버와 상기 프로세스 챔버 사이에 배치되는 밸브 격막(valve septum)
    을 추가로 포함하고, 상기 밸브 격막은
    상기 밸브 챔버와 상기 프로세스 챔버가 유체 연통되지 않는 폐쇄된 구성, 및
    상기 밸브 챔버와 상기 프로세스 챔버가 유체 연통되는 개방된 구성을 갖는, 계량 구조물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 모세관 밸브는 상기 밸브 격막이 상기 폐쇄된 구성으로 있을 때 상기 액체가 모세관 유동에 의해 상기 계량 저장조 밖으로 위킹(wicking)되어 상기 밸브 격막에 인접하여 수집되는 것을 억제하도록 구성되는, 계량 구조물.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 액체는, 상기 밸브 격막이
    유체 통로의 치수,
    상기 유체 경로의 표면 에너지,
    상기 액체의 표면 장력, 및
    상기 밸브 챔버 내에 존재하는 임의의 기체 중
    적어도 하나에 의해 상기 폐쇄된 구성으로 있을 때, 상기 계량 저장조에서 유출되는 것이 억제되는, 계량 구조물.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 챔버, 상기 모세관 밸브, 및 상기 밸브 격막은 상기 밸브 격막이 상기 폐쇄된 구성으로 있을 때 상기 밸브 챔버가 증기 폐색(vapor lock)을 제공하도록 구성되는, 계량 구조물.
  12. 샘플 처리 장치 상에서의 체적 계량(volumetric metering)을 위한 방법으로서,
    회전축을 중심으로 회전되도록 구성되고 처리 어레이(processing array)를 포함하는 샘플 처리 장치를 제공하는 단계 - 상기 처리 어레이는
    선택된 체적의 액체를 보유하도록 구성되는 계량 저장조 - 상기 계량 저장조는 제1 단부, 및 상기 회전축에 대해 상기 제1 단부의 반경방향 외향으로 위치되는 제2 단부를 포함함 - ,
    상기 계량 저장조의 상기 제1 단부와 유체 연통되도록 위치되고, 상기 계량 저장조의 상기 선택된 체적이 초과된 때 상기 계량 저장조로부터 과량의 액체를 포획하도록 구성되는 폐기물 저장조 - 상기 폐기물 저장조의 적어도 일부분은 상기 회전축에 대해 상기 계량 저장조의 반경방향 외향으로 위치됨 - ,
    상기 계량 저장조의 상기 제2 단부와 유체 연통되는 모세관 밸브 - 상기 모세관 밸브는 상기 회전축에 대해 상기 계량 저장조의 적어도 일부분의 반경방향 외향으로 위치되고, 요구될 때까지 액체가 상기 계량 저장조에서 유출되는 것을 억제하도록 구성됨 - , 및
    상기 모세관 밸브를 통해 상기 계량 저장조와 유체 연통되도록 위치되는 프로세스 챔버를 포함함 - ;
    액체를 상기 샘플 처리 장치의 상기 처리 어레이 내에 위치시키는 단계;
    제1 힘을 상기 액체에 가하기 위해 상기 샘플 처리 장치를 상기 회전축을 중심으로 회전시켜서, 상기 선택된 체적의 상기 액체가 상기 계량 저장조 내에 함유되고 임의의 추가의 체적의 상기 액체가 상기 폐기물 저장조 내로 이동되지만 상기 모세관 밸브로는 이동되지 않게 함으로써 상기 액체를 계량하는 단계; 및
    상기 액체가 계량된 후에, 상기 제1 힘보다 큰 제2 힘을 상기 액체에 가하기 위해 상기 샘플 처리 장치를 상기 회전축을 중심으로 회전시킴으로써 상기 선택된 체적의 상기 액체를 상기 모세관 밸브를 통해 상기 프로세스 챔버로 이동시키는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 샘플 처리 장치는,
    상기 모세관 밸브와 상기 프로세스 챔버 사이에 위치되는 밸브 챔버; 및
    상기 밸브 챔버와 상기 프로세스 챔버 사이에 배치되는 밸브 격막
    을 추가로 포함하고, 상기 밸브 격막은
    상기 밸브 챔버와 상기 프로세스 챔버가 유체 연통되지 않는 폐쇄된 구성, 및
    상기 밸브 챔버와 상기 프로세스 챔버가 유체 연통되는 개방된 구성을 갖는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 선택된 체적의 샘플을 상기 프로세스 챔버로 이동시키기 전에, 상기 밸브 격막 내에 개구를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 밸브 챔버, 상기 모세관 밸브, 및 상기 밸브 격막은 상기 밸브 격막이 상기 폐쇄된 구성으로 있을 때 상기 밸브 챔버가 증기 폐색을 제공하도록 구성되는, 방법.
  16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택된 체적의 상기 액체가 상기 프로세스 챔버로 이동됨에 따라 상기 처리 어레이를 내부적으로 통기시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  17. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세스 챔버는 상기 액체를 함유하고 유체를 포함하기 위한 체적을 한정하고, 상기 프로세스 챔버를 상기 투입 챔버와 유동적으로 결합시키도록 위치되는 평형 채널 - 상기 평형 채널은 유체가 상기 프로세스 챔버로부터 상기 투입 챔버로 상기 모세관 밸브로 재유입되지 않고서 상기 평행 채널을 통해 유동할 수 있도록 하는 방식으로 위치됨 - 을 추가로 포함하며, 상기 채널은 상기 액체가 상기 프로세스 챔버로 유입되고 유체의 적어도 일부를 변위시킬 때 상기 유체가 상기 프로세스 챔버에서 유출되는 경로를 제공하도록 위치되는, 방법.
  18. 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체가 상기 프로세스 챔버로 유입되고 유체의 적어도 일부를 변위시킬 때 상기 유체가 상기 프로세스 챔버에서 유출되는 추가의 경로를 제공하기 위해, 상기 프로세스 챔버와 상기 투입 챔버 사이에서 유체 연통되도록 위치되는 평형 채널을 추가로 포함하는, 방법.
  19. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서 또는 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모세관 밸브는, 액체에 가해지는 힘, 상기 액체의 표면 장력, 및 상기 모세관 밸브의 표면 에너지 중 적어도 하나가 상기 액체를 상기 모세관 밸브를 지나 이동시키기에 충분할 때까지, 상기 액체가 상기 계량 저장조에서 유출되는 것을 억제하도록 구성되는, 계량 구조물 또는 방법.
  20. 제1항 내지 제11항 및 제19항 중 어느 한 항에 있어서 또는 제12항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모세관 밸브는 상기 액체가 모세관 유동에 의해 상기 계량 저장조 밖으로 위킹되는 것을 억제하도록 치수설정된 협착부(constriction)를 갖는 유체 통로를 포함하는, 계량 구조물 또는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 협착부는, 액체에 가해지는 힘, 상기 액체의 표면 장력, 및 상기 협착부의 표면 에너지 중 적어도 하나가 상기 액체를 상기 협착부를 지나 이동시키기에 충분할 때까지, 상기 액체가 상기 계량 저장조에서 유출되는 것을 억제하도록 치수설정된, 계량 구조물 또는 방법.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 협착부는, 상기 샘플 처리 장치가 회전되고 원심력이 액체를 상기 계량 저장조에서 유출되게 하기에 충분하게 될 때까지, 상기 액체가 상기 계량 저장조에서 유출되는 것을 억제하도록 치수설정된, 계량 구조물 또는 방법.
  23. 제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 협착부는 상기 계량 저장조의 상기 제2 단부에 바로 인접하게 배치되는, 계량 구조물 또는 방법.
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