KR20140146665A

KR20140146665A - 생물 검정 샘플 분석기

Info

Publication number: KR20140146665A
Application number: KR20147032990A
Authority: KR
Inventors: 제프리 알. 재스퍼스; 노르망 피. 데스마라이스
Original assignee: 지멘스 헬쓰케어 다이아그노스틱스 인크.
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2014-12-26
Also published as: CN104246501B; WO2013163129A1; EP3324175B1; CA2871658C; BR112014026197B1; US9606067B2; EP2841926A1; MX336583B; EP2841926B1; MX2014012772A; EP3324175A1; JP5797870B2; CA2871658A1; KR101530168B1; EP2841926A4; CN104246501A; JP2015515009A; US20150118690A1; IN2014DN08156A; BR112014026197A2

Abstract

샘플 분석기는 발광을 야기하기 위해 검정 샘플을 조명하기 위한 조명기, 및 검정 샘플을 담고있는 샘플 용기를 위한 지지부를 갖는다. 지지부는 조명기에 근접하게 검정 샘플을 위치시키도록 적응된다. 검출기는 조명기로부터, 위치된 검정 샘플을 통하여, 검출기로 연장하는 광 축선을 따라 위치되어, 검정 샘플로부터의 발광을 검출한다. 반사기는 조명기와 검정 샘플 사이에 제거 가능하게 배치되어 발광의 일부를 위치된 검정 샘플을 통하여 검출기를 향하여 다시 반사한다.

Description

생물 검정 샘플 분석기 {BIOLOGICAL ASSAY SAMPLE ANALYZER}

2012년 4월 23일 출원된, 미국 가출원 일련번호 제 61/636,860호의 전체가 인용에 의해 본원에 명백하게 포함된다.

본원에 개시되고 청구되는 본 발명의 컨셉들은 샘플(sample) 분석기에 관한 것이며, 더 특별하게는, 하지만 제한의 방식은 아니도록, 발광 검정 샘플(luminescent assay sample)로부터의 광자 수집 효율을 개선하기 위해 반사기를 갖는 샘플 분석기들에 관한 것이다.

화학 발광은 화학 반응의 결과로서 빛의 방출이다. 발광을 이용하는 다양한 타입들의 화학 분석들이 개발되어왔고, 형광 화합물들 및 화학 발광 화합물들과 같은 발광 화합물들이 핵산 검정 및 면역 검정과 같은 검정에서 라벨들로서 사용되어왔다. 발광 측정들을 이용하는 다양한 타입들의 계기가 제약 및 의학 산업들에서 많이 이용된다. 분석 측정들은 종종 특정 샘플-시약 조합과 상호작용하기 위해 촉매 복사 빔을 사용하여 수행된다. 종종 매우 약한, 결과적인 광자 방출은 그 후 민감한 검출기에 의해 검출되고 측정되며, 전기 신호로 변환되고, 실제 분석 결과를 제공하기 위해 추가로 상호 관계된다.

예컨대, 미국 특허 제 5,709,994호는 발광 산소 채널링 면역 검정(LOCI)으로서 공지된 매우 민감한 검정 방법을 개시한다. 이 방법은 조사(irradiation)시에 일중항 산소(singlet oxygen)를 발생하는 광민감제(photosensitizer), 그리고 일중항 산소에 의해 활성화되는 화학 발광 화합물을 사용한다. 광민감제 및 화학 발광 화합물은 특정 파장의 빛에 의해 조사되고, 그 후에 화학 발광 화합물에 의해 방출되는 결과적인 빛이 검정을 제공하기 위해 측정되고 상호 관계된다.

이러한 분석들, 또는 검정들은 통상적으로 환자 샘플들을 담고 있는 바이알(vial)들이 그 안으로 로딩되는 자동화된 분석기들을 수반한다. 개선된 샘플 컨테이너들이 새로운 약물 개발을 위한 높은 처리량 검사(high-throughput screening)를 위해서 개발되어왔다. 방법들 및 계기들의 계속되는 개선들은 현저하게 증가한 검정 처리량 및 증가하는 속도를 초래하였다.

발광계 검정을 위해 이용되는 계기는, 부분적으로는, 사용되는 복잡하고 민감한 광들로 인해 종종 물리적으로 대형이다. 높은 처리량 검사를 용이하게 하는 대형 실험실들에서 크기는 주요 관심사가 아니지만; 정확한 발광계 분석들을 발생할 수 있는 더 경량의, 휴대용 유닛 또는 핸드헬드(handheld) 기기를 갖는 것이 유용할 것이다. 특히 낮은 빛 광자 카운팅 분야들에서, 전력 요구사항들을 감소시키고, 필요한 광 통로를 감소시키고, 광자 수집 효율을 증가시키는 디자인들이 이러한 휴대용 유닛을 제공하는 것을 도울 것이다.

전술한 관점에서, 감소된 샘플 크기, 감소된 전력 요구사항들, 감소된 광 통로 및 증가된 광자 수집 효율을 갖는 발광계 샘플 분석기에 대한 요구가 있다. 현재 개시되고 청구되는 본 발명의 컨셉(들)이 지향하는 것은 이러한 발광 샘플 분석기이다.

본원에 개시되고 청구되는 본 발명의 컨셉들은 일반적으로 발광을 이용하는 샘플 분석기에 관한 것이다. 이 샘플 분석기는 발광을 야기하기 위해 검정 샘플을 조명하기 위한 조명기(illuminator), 그리고 검정 샘플을 담고 있는 샘플 용기를 위한 지지부를 갖는다. 지지부는 검정 샘플을 조명기에 근접하게 위치시키도록 적응된다. 발광을 검출하기 위한 검출기가 조명기로부터, 위치된 검정 샘플을 통하여 검출기로 연장하는 광 축선을 따라 위치된다. 반사기가 조명기와 위치된 검정 샘플 사이에 제거 가능하게 배치되어, 발광의 일부를 위치된 검정 샘플을 통하여 검출기를 향하여 다시 반사한다.

일 실시예에서, 반사기는 셔틀(shuttle)에 배치된다. 샘플 분석기는 분석의 측정 모드 동안 반사기를 광 축선과, 그리고 직각으로 그리고 위치된 샘플에 인접하게 정렬하도록 구성되는 셔틀 제어기를 포함한다. 셔틀은 그 후 조명 모드 동안 반사기를 광 축선으로부터 멀리 이동시킨다.

일부 실시예들에서, 검출기는 위치된 샘플로부터 3 내지 15㎜에 위치된다.

다른 실시예에서, 샘플 분석기는 조명기와 셔틀 사이에 위치되는 빛 분산기를 포함한다. 빛 분산기는 광 축선과 그리고 직각으로 정렬되며, 조명 모드에서 조명기로부터 위치된 샘플로 빛을 분산시킨다. 또 다른 실시예에서, 빛 분산기는 셔틀에 위치된다.

검정 샘플로서 분석하는 방법은 이하의 단계들을 포함한다. 샘플 분석기가 얻어지는 단계로서, 이 샘플 분석기는 조명기, 이 조명기에 근접한 검정 샘플을 담고 있는 샘플 용기를 지지하기 위해 위치되는 지지부, 조명기로부터, 검정 샘플을 통하여 검출기로 연장하는 광 축선을 따라 위치되는 검출기, 그리고 조명기와 검정 샘플 사이에 제거 가능하게 배치되는 반사기를 포함한다. 검정 샘플을 담고 있는 샘플 용기는 조명기에 근접하여 지지된다. 검정 샘플은 발광을 야기하기 위해 조명된다. 반사기는 발광의 일부를 검정 샘플을 통하여 검출기를 향하여 다시 반사하기 위해 조명기와 검정 샘플 사이에 위치된다. 검출기는 그 후 발광을 측정한다.

도면들 내의 동일한 참조 부호들은 동일한 또는 유사한 요소 또는 기능을 나타내고 지칭한다. 본 개시의 이행들은 이후의 본 개시의 상세한 설명이 고려될 때 더 양호하게 이해될 수 있다. 이러한 설명은 병합된 그림을 포함하는 예시들, 개략도들, 그래프들 및 도면들을 참조한다. 도면들은 반드시 실척은 아니며 도면들의 특정 피쳐들 및 특정 도들은 명료함 및 간결함을 위해 확대되어, 실척대로 또는 개략적으로 도시될 수 있다.

도 1은 본원에 개시된 본 발명의 컨셉들에 따라 구성된 샘플 분석기의 실시예의 개략도이다.
도 2는 본원에 개시된 본 발명의 컨셉들에 따라 구성된 미세유체 카드 샘플 용기의 실시예의 개략도이다.
도 3a는 디스크 형상 샘플 저장소의 발광 샘플에 의해 방출되는 빛의 모델이다.
도 3b는 일 측에 인접하여 반사기를 갖는 디스크 형상 샘플 저장소의 발광 샘플에 의해 방출되는 빛의 모델이다.
도 4a는 본원에 개시된 본 발명의 컨셉들에 따라 구성된 반사기 및 셔틀을 갖는 샘플 분석기의 실시예의 개략도이다.
도 4b는 반사기(48)를 예시하는 도 4a에 도시된 실시예의 다른 도면이다.
도 4c는 광 축선(24)과 정렬된 검정 용기(30)를 예시하는 도 4a에 도시된 실시예의 또 다른 도면이다.
도 5a는 조명기 측으로부터 본 도 4의 셔틀을 묘사한다.
도 5b는 샘플 용기 측으로부터 본 도 4의 셔틀을 묘사한다.
도 6은 본원에 개시된 본 발명의 컨셉들에 따른 샘플 분석기 작업의 실시예를 위한 타이밍 다이어그램(timing diagram)이다.
도 7은 상업적인 VISTA® LOCI Reader와의 좋은 상호 관계를 묘사하는 프로토타입 판독기(prototype reader)로부터의 광자 카운트들의 그래프이다.
도 8은 상업적인 VISTA® LOCI Reader와 비교되고 반사기에 의해 개선된 성능을 나타내는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로토타입 판독기로부터의 광자 카운트들의 그래프이다.

본원에 개시된 본 발명의 컨셉의 하나 이상의 실시예를 자세하게 설명하기 전에, 본 발명의 컨셉은 이후의 설명에 명시되는 또는 도면들에 예시된 구성요소들의 구성, 실험들, 예시적인 데이터 및/또는 배열의 세부사항들로 본 출원에서 제한되지 않는 것이 이해되어야 한다. 현재 개시된 그리고 청구되는 본 발명의 컨셉은 다른 실시예들일 수 있거나 다양한 방식들로 시행되고 실행될 수 있다. 또한, 본원에 이용된 어법 및 용어는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 어떠한 방식으로도 제한으로서 간주되어서는 안되는 것이 이해되어야 한다.

본 발명의 컨셉의 실시예들의 이후의 상세한 설명에서, 수많은 특정 세부사항들이 본 발명의 컨셉의 더 온전한 이해를 제공하기 위해 명시된다. 하지만, 당업자에게 본 개시 내의 본 발명의 컨셉이 이러한 특정 세부사항들 없이 시행될 수 있는 것이 자명할 것이다. 다른 예들에서, 주지된 피쳐들은 지금의 개시를 불필요하게 복잡하게 하는 것을 피하기 위해 상세하게 설명되지 않았다.

또한, 대조적으로 명백하게 언급되지 않는 한, "또는(or)"은 포괄적인 "또는"을 지칭하고 배타적인 "또는"을 지칭하지 않는다. 예컨대, 조건 A 또는 B는 이후의 조건 : A가 참(또는 존재) 그리고 B가 거짓(또는 존재하지 않음), A가 거짓(또는 존재하지 않음) 그리고 B가 참(또는 존재), 그리고 A와 B 모두가 참(또는 존재)인 조건 중 어느 것에 의해서도 만족된다.

게다가, 관사("a" 또는 "an")의 사용은 본원의 실시예들의 요소들 및 구성요소들을 설명하기 위해 이용된다. 이는 단지 편의를 한 것이며 본 발명의 컨셉의 일반적인 의미를 부여한다. 이러한 설명은 하나 또는 하나 이상을 포함하는 것으로 읽혀야 하며 단수는 또한 이 단수가 달리 의미를 갖는 것이 명백하지 않는다면 복수를 포함한다.

발광 산소 채널링 면역 검정(LOCI) 방법들 및 광 시스템들에 대한 참조는 단지 예를 위한 것이고, 본 발명의 컨셉들은 발광 검출을 이용하는 임의의 샘플 분석 과정과 함께 사용될 수 있다. "샘플" 또는 "검정 샘플"에 대한 참조는 분석될 샘플을 지칭하고 분석 과정에 따라 첨가되는 시약들을 포함하며, 이러한 시약들은 검정 샘플 용기 안으로의 삽입 이전 또는 후에 첨가된다.

마지막으로, 본원에 사용되는 것과 같은 "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 임의의 참조는 실시예와 관련하여 설명된 특정 요소, 피쳐, 구조 또는 특징이 하나 이상의 실시예에 포함되는 것을 의미한다. 명세서의 다양한 부분들에서의 "일 실시예에서"라는 어구의 등장은 반드시 모두 동일한 실시예를 참조하는 것은 아니다.

화학 발광을 이용하는 기술들이 약물 분석으로부터 토양 분석 및 음식 궁합에 이르는 분야들에서 매우 다양한 분석물들 및 샘플들을 검출하는데 사용되어왔다. 액상 화학 발광 분석은 효소 검정 및 탄수화물, 뉴클레오티드, 스테로이드 및 다양한 약물들을 위한 검정을 포함한다. 미국 특허 제 7,402,281호에서 논의된 것과 같이, 환자 진단 및 치료에 연관된 다양한 타입들의 분석 시험들이 환자의 감염부들, 체액 또는 종기로부터 취해진 액체 샘플의 분석에 의해 수행될 수 있다. 체액의 예들은 요(urine), 전혈, 혈청, 혈장, 타액, 뇌척수액, 비인두 표본, 질근 표본들, 정액, 눈물, 조직(세포 재료들) 등을 포함한다.

"면역 검정"은 결합(binding) 및 화학 반응에서 항원 또는 항체로서 작용하는 그 능력을 기본으로 하여, 호르몬 또는 효소와 같은 분석물의 존재 또는 농도를 측정한다. 화학 발광 면역 검정은, 보통 산화 환원 반응으로부터 나오는 화학 에너지에 의해 여기될 때(excited) 빛을 발생하는 화학 발광 라벨을 이용한다. 화학 발광 분자들은 항원들에 직접 활용될 수 있거나, 또는 이들이 효소 라벨들을 위한 기질들로서 사용될 수 있다. 공통적으로 사용되는 화학 발광 라벨들은 아크리디늄 에스테르들, 루미놀들 및 디옥스에탄들을 포함한다.

LOCI 기술은 플라즈마의 매우 작은 샘플들을 검정하는데 사용될 수 있고 2개의 상이한 코팅된 합성 입자들 또는 비드들의 근접성, 광증감제를 함유하는 증감제 비드(센시-비드(sensi-bead)), 및 화학 발광제를 함유하는 화학 발광제 비드(화학-비드)를 기본으로 한다. 하나의 LOCI 과정에서, 스트렙타비딘(streptavidin)이 증감제 비드의 표면에 결합되며, 일중항 산소를 발생하기 위해 680㎚에서 빛을 흡수하는 프탈시아닌을 함유한다. 이는 여기(excitation)를 위해 상업적으로 이용 가능한 680㎚ 고체 상태 레이저 또는 다이오드들을 사용하는 것을 허용한다. 화학 발광제 비드는 분석물 특정 항체에 의해 코팅된다. 샘플의 분석물은 화학 발광제 비드의 분석물 특정 항체에 결합하고 또한 바이오티닐형 수용체 항원에 결합한다. 스트렙타비딘을 갖는 광증감제 비드는 바이오티닐형 수용체 항원 : 분석물 : 분석물 특정 항체 : 화학 발광제 집합체에 결합하며 따라서 입자 이량체의 형성, 즉 화학 발광제 비드와 링크 결합되는 증감제 비드를 야기한다. 화학 발광제 비드는 일중항 산소와 반응하는 올레핀 염료(티옥센)를 함유하며, 390㎚에서 빛을 방출한다(화학 발광). 일중항 산소의 짧은 반감기는 증감제 비드가 화학 발광을 발생하기 위해 화학 발광제 비드와 매우 가까운 접촉 상태에 있어야만 하는 것을 보장한다. 따라서, 입자 이량체의 생성은, 연관되지 않은 입자들이 발광 신호들을 생성하지 못하게 하면서, 화학 발광 신호를 발생하는 것을 허용한다. 형광 에너지 수용체(유로피윰 킬레이트(Europium Chelate))는 방출 파장을 즉시 612㎚로 이동시키고, 결과적인 빛 방출은 입자 쌍들 또는 이량체들의 양과 직접 상호 관계되어, 샘플의 분석물의 농도의 정량화를 허용한다.

이제 도면들을 참조하면, 그리고 더 특별하게는 도 1을 참조하면, 본원에 개시되고 청구된 본 발명의 컨셉들에 따라 구성된 샘플 분석기(10)의 예시적인 실시예가 여기에 도시된다. 샘플 분석기(10)는 발광을 야기하기 위해 검정 샘플(14)을 조명하기 위한 조명기(12)를 포함한다. 지지부(16)는 검정 샘플(14)이 조명기(12)에 근접하게 위치되도록 검정 샘플(14)을 담고 있는 샘플 용기(18)를 위치시킨다. 반사기(20)가 조명기(12)와 위치된 검정 샘플(14) 사이에 제거 가능하게 배치된다. 발광을 검출하기 위한 검출기(22)가 조명기(12)로부터, 위치된 검정 샘플(14)을 통하여, 검출기(22)로 연장하는 광 축선(24)을 따라 위치된다. 샘플 분석기(10)는 선택적으로는 셔터(26) 및 필터(28)를 포함한다. 셔터(26)는 검정의 조명 페이스 동안 광전자 증배관(photomultiplier) 튜브(PMT)들과 같은 매우 민감한 검출기들을 조명기(12)로부터 보호하는데 사용된다. 필터(28)는 검출기(22)로의 빛의 특정 파장들을 필터링하는데 사용될 수 있다.

이후에 더 상세하게 논의되는 것과 같이, 기본 샘플 분석 프로세스는 검정 샘플 용기 안으로 검정될 액체를 삽입하는 단계; 샘플이 발광하는 것을 야기하기 위해 검정 샘플을 조사하는 단계(때때로, 이후에 "조명"이라고 지칭함); 조사 또는 조명의 결과로서 샘플에 의해 방출되는 빛을 검출하는 단계; 및 검정에 대한 검출된 빛의 양을 상호 관계하는 단계를 포함한다. 검정 샘플 용기(18)들의 다양한 타입들 및 구성들이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 검정 샘플 용기(18)는 디스크 형상 샘플 저장소(30)를 갖는 미세 유체 "카드"이다. 이러한 미세 유체 카드들은 당업자에게 공지되어 있다.

미세 유체 카드의 간소화된 모델이 도 2에 도시된다. 도 2의 모델은 단지 샘플 저장소(30), 유체 이송부(32)들 및 유체 입구(34)들만을 포함한다. 샘플 저장소(30)는 카드의 바닥부를 향하는 원형 또는 디스크 형상의 피쳐로서 도시된다. 검정 샘플(14)은 검정 샘플을 유체 입구(34)들 중 하나 안으로 주입함으로써 유체 이송부(32)들을 통하여 샘플 저장소(30)로 전달될 수 있다. 샘플 저장소(30)의 조명 측(36), 뿐만 아니라 샘플 저장소(30)의 측정 측(38)은 조명기(12)로부터의 빛 그리고 검정 샘플로부터의 발광 빛에 대해 투명하다. 이러한 샘플 용기 디자인은 샘플 저장소(30)의 두께(42)에 대해 큰 직경(40)을 갖는 비교적 얇은 샘플 저장소(30)를 허용한다. 얇은 샘플 저장소는 에지(44)의 표면적에 대하여 조명 면(36) 및 측정 면(38)을 위한 큰 표면적을 각각 제공한다.

일 실시예에서, 검정 샘플(14)은 약 50㎜ 내지 약 120㎜ 길이, 약 30㎜ 내지 약 75㎜ 너비, 그리고 약 2㎜ 내지 약 3㎜ 두께의 미세 유체 카드에 담겨진다. 끼워진 원형 또는 디스크 형상 샘플 저장소(30)는 약 7㎜ 내지 10㎜의 직경과 1.5㎜ 내지 2.5㎜의 내측 두께를 갖는다. 이는 약 50 내지 200μL의 샘플 체적을 제공한다. 다른 실시예에서, 샘플 저장소 용적은 50μL미만이다. 카드의 크기는 매우 광범위하게 변할 수 있으며, 샘플 저장소(30)의 형상은 원형 디스크로 제한되지 않으며, 에지(44)의 표면적에 대한 측정 면(38)을 위한 큰 표면적을 제공하는 얇은 샘플 저장소는 에지(44)를 통하는 발광 손실을 감소시키며, 이에 의해 검출기에 도달하는 빛 세기를 증가시킨다. 얇은 샘플 저장소는 방사 검정 샘플(14)과 검출기(22) 사이의 광 경로 길이를 단축시키는 것을 또한 돕고, 이에 의해 검출기에 도달하는 빛 세기를 증가시킨다. 일 실시예에서, 검출기(22)의 흡수 광들은 샘플 저장소(30)의 측정 측(38)으로부터 약 2㎜ 내지 15㎜에 위치된다. 다른 실시예에서, 검출기(22)의 흡수 광(46)들은 샘플 저장소(30)의 측정 측(38)으로부터 약 2㎜ 내지 7㎜에 위치된다.

도 3a는 디스크 형상 샘플 저장소(30) 내의 발광 검정 샘플로부터의 광자 방출의 모델링 결과들을 도시한다. 샘플 저장소(30)의 검정 샘플로부터의 광자 방출 패턴은 등방성(isotropic)이다. 동일한 광자들이 검출기(22)를 향하여 나오고 일부는 검출기로부터 멀어지도록 나온다. 결과로서, 검출기 흡수 광들에 입사하지 않는 나오는 광자들은 소산 및 주변 기반 구조의 흡수 효과들에 의해 손실될 수 있고, 반응 관련 광자들이 카운트되지 않는 것을 초래한다.

도 3b는 샘플 저장소(30)의 일 면에 인접한 반사기(20)를 갖는 디스크 형상 샘플 저장소(30) 내의 발광 검정 샘플로부터의 광자 방출의 모델링 결과들을 도시한다. 검출기(22)로부터 멀어지는 방향으로 검정 샘플로부터 나오는 광자들은 이제 반사기(20)로부터, 다시 검정 샘플(14)을 통하여, 샘플 저장소(30)의 측정 면(38) 밖으로 반사된다. 더 많은 광자들이 검출기(22)를 향하여 지향될수록, 광자 방출의 측정은 현저히 개선된다.

검출기(22)는 특별한 검정에 의해 요구되는 민감도를 갖는 임의의 광 검출기일 수 있다. 광전자 증배관 튜브(PMT)들과 같은 진공 광 검출기들이 통상적으로 매우 민감성이다. 더 적은 민감도가 요구될 때 실리콘 포토 다이오드(silicon photodiode)와 같은 고체 상태 광 검출기들이 종종 사용된다. 이러한 검출기들 및 이들의 사용은 당업자에게 주지되어 있다. 광자 카운팅 전자기기를 사용하는 검출기(22)는 규정된 시간 간격, 통상적으로 약 10초에 걸쳐 검정 샘플(14)로부터의 빛 방출을 측정한다. 검정 샘플(14)의 분석물 농도는 검정 샘플 용적 및 광자 발생에 정비례한다. 샘플 분석기 소프트웨어는 광자 카운트로부터 분석물 농도를 산출한다. 제작 동안, 샘플 분석기(10)는 정확한 검정 리포팅을 보증하기 위해 공지된 분석물 농도의 표준들의 세트를 사용하여 교정될 수 있다.

일 실시예에서, 샘플 분석기(10)는 그 사이에 위치된 검정 샘플에 대하여 뒷면 조명 및 전방 검출을 제공하도록 구성된다. 따라서, 반사기(20)는 분석의 조명 부분의 촉매 동안 위치의 밖으로 이동되고, 분석의 검출 부분 동안 샘플 저장소(30)의 조명 면(36)에 인접한 위치로 이동된다. 도 4a 내지 도 4c에 예시된 것과 같이, 반사기(20)는 셔틀(48)에 위치되고, 셔틀 액츄에이터 메커니즘(도시되지 않음)에 의해, 빛이 반응 및 광자 방출을 시작하도록 검정 샘플 저장소(30) 안으로 비출때 조명 간격 동안 조명 경로의 진로 밖으로 "움직이게 된다(shuttled)". 조명 간격 후에, 검정 샘플(14)은 광자들을 방출함으로써 반응하기 시작하고, 반사기(20)는 검정 샘플 저장소 뒤의 위치로 움직이게 되고, 이에 의해 검출기(22)를 향하여 광자들을 반사한다. 적절한 셔틀 액츄에이터 메커니즘의 비제한적인 예들은 스프링에 대항하여 작동하는 셔틀에 대한 링크 결합을 갖는 배터리 작동식 솔레노이드, 스와이프(swipe)를 행하는 회전 토크 모터, 셔틀에 연결되는 래크와 피니언 기어 세트(rack-and-pinion gear set)를 구비한 전기 모터, 셔틀과 맞물리는 스테퍼 모터 등을 포함한다. 일 실시예에서, 셔틀 작동은 셔터(26)의 작동과 통합된다.

도 4a의 이미지는 반사 위치에 있는 반사기(20) 그리고 슬라이딩 가능한 방식으로 셔틀(48)을 또한 지지하는데 사용되는 지지부(16)의 일부를 도시한다. 도 4b의 이미지는 여전히 반사 위치에 있는 반사기(20)를 갖는 더 많은 셔틀(48)을 도시한다. 도 4c의 이미지는 반투명으로서 반사기(20)와 셔틀(48)을 도시하여 샘플 저장소(30)의 실루엣을 볼 수 있다.

반사기(20)는 편평하거나 곡선일 수 있고 적절한 반사 특성들을 갖는 임의의 재료를 포함할 수 있다. 시험된 2개의 예시적인 반사기들은 상업적으로 이용 가능한 1㎜ 두께의 편평한 거울과 맞춤 포물면 스플라인 반사기였다. 포물면 반사기는 플라스틱 형태에 걸친 진공 증착 프로세스를 사용하여 제작될 수 있다. 편평한 거울 반사기에 의한 시험들은 반사기가 없는 측정에 비교하여 신호 획득에서 1.5배의 측정된 개선을 나타내었다. 포물면 반사기에 의한 시험들은 반사기가 없이 얻어지는 것의 2배의 신호 획득을 나타내었다.

조명 간격 동안, 빛이 반응 및 광자 방출을 시작하기 위해 검정 샘플 저장소(30) 안으로 비출 때, 반사기(20)는 셔틀(48) 및 셔틀 액츄에이터 메커니즘에 의해 진로의 밖으로 유지되어 조명은 방해받지 않는 샘플 저장소(30)의 조명 면(36)을 비출 수 있게 된다. 빛 세기 및 조사 시간은 폭넓게 변할 수 있다. 조명기(12)는 다중 파장일 수 있고, 선택적으로는 바람직하지 않은 파장들을 차단하기 위해 필터링될 수 있거나, 단색광을 제공하는 레이저일 수 있다. 일 실시예에서, 발광 다이오드(LED)들이 사용된다. 다른 실시예에서, 조명기(12)는 가깝게 이격된 LED 다이의 어레이 또는 링에 배열되는 다중 LED들을 포함한다.

또 다른 실시예에서, 분산기(50)가 조명기(12)와 셔틀(48) 사이에 배치된다. 분산기(50)가 그렇게 위치되고, 반사기(20)가 진로의 밖에서 유지되는 것에 의해, 조명 빛은 샘플 저장소(30)의 검정 샘플(14)에 접촉하기 전에 분산기(50)를 반드시 통과해야만 한다. 분산기(50)는 부가적인 광 경로 거리를 발생하지 않으면서, 검정 샘플에 걸쳐 더 균일한 조명 및 더 균일한 플럭스(flux) 밀도를 제공하는 것을 돕는다. 조명기(12)와 샘플 저장소(30) 사이에 부가적인 거리를 발생하지 않음으로써, 더 적은 전력 입력이 동일한 검정 활성화 거동을 달성하는데 요구된다. 분산기는, 여전히 균일한 조명을 제공하면서, 조명기가 위치된 검정 샘플로부터 10㎜ 미만에 위치되는 것을 허용하고, 일 실시예에서 위치된 검정 샘플로부터 3㎜ 미만에 위치되는 것을 허용한다. 이는 샘플 분석기(10)의 전체 크기에서 현저한 감소를 제공하는 것을 돕는다.

조명 간격이 완료된 후에, 반사기(20)는 검정 샘플 저장소(30) 뒤의 위치로 이동되거나 또는 "움직여진다". 반사기(20)가 정착한 후에, 검출기 셔터(26)는 개방되며 이는 검출기 흡수 광(46)들에 대한 검정 샘플 광자 방출을 나타낸다. 도 5a는 조명기 측으로부터 본 셔틀을 묘사한다. 좌측 이미지는 조명 경로의 진로의 밖으로 움직여진 반사기 및 조명 간격을 위해 노출되는 분산기(50)를 도시한다. 이러한 실시예에서, 분산기(50) 위치는 조명기(12)와 샘플 저장소(30) 사이의 광 정렬로 고정된다. 우측 이미지는, 달리 노출되는 분산기(50)를 커버하는(covering), 측정 간격에서 검정 샘플로부터 방출되는 광자들을 반사하기 위해 위치되는 반사기(20)를 도시한다. 도 5b는 검정 샘플 측으로부터 본 셔틀을 묘사한다. 좌측 이미지는 조명 간격 동안 노출되는 분산기(50)를 떠나는 조명 경로의 진로의 밖으로 움직여지는 반사기를 도시한다. 우측 이미지는 측정 간격 동안 검정 샘플로부터 방출되는 광자들을 반사하기 위해 셔틀에 의해 위치되는 반사기(20)를 도시한다.

현재 개시된 본 발명의 컨셉(들)의 다른 실시예에서, 분산기(50)의 위치는 고정되지 않는다. 대신, 반사기(20)와 분산기(50) 모두는 이들의 위치들이 상기 설명된 것과 같이 정렬되도록 셔틀(48)에 의해 제어되도록 셔틀(48) 상에 존재한다.

이후의 예들에서, 특정 검정들이 설명된다. 하지만, 본 발명의 컨셉(들)은 특정 실험, 결과들 및 실험실 과정들로 그 적용이 제한되지 않는다. 오히려, 예들은 다양한 실시예들 중 하나로서 간단하게 제공되고 배타적이지 않고 예시적인 것을 의미한다.

예들

트로포닌 I를 위한 것과 같은 통상적인 검정 방법에서, 환자 혈장 샘플이 화학-비드 시약들과 혼합되고 배양된다. 센시-비드 시약들이 첨가되고 결과적인 검정 샘플은 680㎚ 빛에 의해 조명된다. 이는 일중항 산소 발생을 야기하고 광 검출 시스템에 의해 측정되는 612㎚ 광자들이 곧 방출되는 것을 야기한다. 도 6은 LOCI 트로포닌 I 검정을 묘사하는 예시의 타이밍 다이어그램이다. 프로세스 타이밍은 조명 단계에 대해, 분산기 또는 반사기 모드들을 위한 셔틀 작업에 대해, 광전자 증배관 셔터 및 신호 게이트들의 작업에 대해, 그리고 검정 샘플의 촉매로부터 방출되는 광자들의 발생 및 분석에 대해 도시된다.

LOCI 트로포닌 I 검정은 반사기를 갖고 그리고 반사기 없이 작동되는 프로토타입 휴대용, 배터리 작동식 샘플 분석기를 사용하여 수행되었다. 검정 샘플은 끼워진 원형 검정 샘플 저장소를 갖는 약 80㎜ 길이 x 50㎜ 너비 x 2.5㎜ 두께의 미세 유체 모듈 "카드"에 담겨졌다. 저장소의 내부 표면은 직경이 8.5㎜였고 깊이는 2㎜였다. 8.5㎜ 직경의 실린더가 검출기 광 중심선에 수직으로 향했다. 검출기의 흡수 광들은 샘플 저장소의 측정 측으로부터 5㎜였다. 680㎚의 촉매 조명 LED 어레이 링은 샘플 저장소의 조명 측(측정 측의 반대)으로부터 2.55㎜였다.

반사기의 성능을 평가하기 위해, 측정들이 처음에는 제 위치의 반사기가 없이 취해졌고 상업적인 VISTA®LOCI Reader를 사용한 측정들에 비교되었다. VISTA®LOCI Reader는 프로토타입에 비교하여 상당히 상이한 기하학적 형상을 갖는다. VISTA®LOCI Reader에서, 샘플 조명 LED들은 검출기 중심선에 대하여 검정 용기의 좌측 및 우측에 위치된다. 광자 카운트들은 넓은 범위의 트로포닌 I 검정 희석도에 대하여 이루어졌다. 반사기가 없는 프로토타입의 결과들은 도 7의 상업적인 VISTA®LOCI Reader의 결과들에 비교된다. 볼 수 있는 것과 같이, 반응 상호 관계는 우수하였지만; 실제 광자 카운트들은 반사기가 없는 프로토타입에 대하여 현저히 더 낮았다.

반응 신호들은 반사기가 이용 가능했을 때 약 60% 개선되었다. 도 8은 반사기를 갖는 상기 설명된 프로토타입을 사용한 트로포닌 I 검정 결과들을 도시하며, VISTA®LOCI Reader로부터의 결과들에 비교하였다. 광자 카운트들에서의 차이들은 상당히 작다.

상기 설명으로부터, 본원에 개시된 본 발명의 컨셉(들)이 목적들을 실행하기 위해 그리고 본원에 언급된 뿐만 아니라 본원에 개시된 본 발명의 컨셉에서 고유한 이점들을 달성하기 위해 양호하게 적응되는 것이 자명하다. 본원에 개시된 본 발명의 컨셉의 예시적인 실시예들이 본 개시의 목적들을 위해 설명되었지만, 당업자에 의해 스스로에게 즉시 제안될 그리고 본원에 개시된 본 발명의 컨셉의 범주로부터 벗어나지 않으면서 달성되며 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 수많은 변경들이 이루어질 수 있는 것이 이해될 것이다.

Claims

조명기;
상기 조명기가 검정 샘플의 발광을 야기하도록 조명기에 근접하게 검정 샘플을 담고 있는 샘플 용기를 지지하도록 위치되는 지지부;
상기 검정 샘플의 발광을 검출하기 위해 조명기로부터, 검정 샘플을 통하여, 검출기로 연장하는 광 축선을 따라 위치되는 검출기, 및
상기 발광의 일부를 검정 샘플을 통하여 검출기를 향하여 다시 반사하기 위해, 조명기와 검정 샘플 사이에 제거 가능하게 배치되는 반사기를 포함하는,
샘플 분석기.
제 1 항에 있어서,
상기 검출기는 검정 샘플로부터 약 2㎜ 내지 약 15㎜에 위치되는,
샘플 분석기.
제 1 항에 있어서,
상기 검출기는 검정 샘플로부터 약 2㎜ 내지 약 7㎜에 위치되는,
샘플 분석기.
제 1 항에 있어서,
상기 검출기는 광전자 증배관(photomultiplier) 튜브 또는 매우 민감한 실리콘 어발란체 포토 다이오드 검출기(silicon avalanche photodiode detector)를 포함하는,
샘플 분석기.
제 1 항에 있어서,
상기 반사기는 편평한 거울인,
샘플 분석기.
제 1 항에 있어서,
상기 반사기는 포물면 원뿔 반사기인,
샘플 분석기.
제 1 항에 있어서,
상기 반사기는 셔틀에 배치되고, 상기 셔틀은 분석의 측정 모드 동안 반사기를 광 축선과, 그리고 직각으로 그리고 검정 샘플에 인접하게 정렬하고, 조명 모드 동안 광 축선으로부터 반사기를 제거하기 위해 이동 가능한,
샘플 분석기.
제 7 항에 있어서,
상기 조명기와 셔틀 사이에 고정되며, 조명 모드에서 조명기로부터 검정 샘플 안으로 빛을 분산시키도록 광 축선과, 그리고 직각으로 정렬되는 빛 분산기를 더 포함하는,
샘플 분석기.
제 7 항에 있어서,
상기 셔틀에 배치되는 빛 분산기를 더 포함하며, 상기 셔틀은 조명 모드 동안 빛 분산기를 광 축선과, 그리고 직각으로, 그리고 검정 샘플에 인접하게 정렬하고, 측정 모드 동안 광 축선으로부터 빛 분산기를 멀어지게 하고 반사기를 광 축선과, 그리고 직각으로 그리고 위치된 샘플에 인접하게 정렬하기 위해 이동 가능한,
샘플 분석기.
제 1 항에 있어서,
상기 조명기는 검정 샘플로부터 10㎜ 미만에 위치되는,
샘플 분석기.
제 1 항에 있어서,
상기 검정 샘플은 샘플 용기 내의 디스크 형상 샘플 저장소에 담겨지는,
샘플 분석기.
제 11 항에 있어서,
상기 디스크 형상 샘플 저장소는 약 1.5㎜ 내지 약 2.5㎜의 내측 두께를 갖는,
샘플 분석기.
조명기;
상기 조명기가 검정 샘플의 발광을 야기하도록 조명기에 근접하게 검정 샘플을 담고 있는 샘플 용기를 지지하도록 위치되는 지지부;
상기 검정 샘플의 발광을 검출하기 위해 상기 조명기로부터, 검정 샘플을 통하여, 검출기로 연장하는 광 축선을 따라 검정 샘플로부터 약 2㎜ 내지 약 15㎜에 위치되는 검출기;
셔틀 상에 배치되는 반사기로서, 상기 셔틀은 반사기를 광 축선과 그리고 직각으로 정렬하는 동안 조명기와 검정 샘플 사이에 반사기를 위치시키도록 이동 가능하여, 측정 모드 동안 발광의 일부를 검정 샘플을 통하여 검출기를 향해 반사하고, 상기 셔틀은 조명 모드 동안 광 축선으로부터 반사기를 제거하도록 더 이동 가능한, 반사기; 및
상기 조명기와 검정 샘플 사이에 위치 가능하고, 광 축선과 그리고 직각으로 정렬되어 조명 모드에서 조명기로부터의 빛을 검정 샘플 안으로 분산하는, 빛 분산기를 포함하는,
샘플 분석기.
검정 샘플의 분석 방법으로서,
샘플 분석기를 얻는 단계로서, 상기 샘플 분석기는
조명기;
상기 조명기에 근접한 검정 샘플을 담고 있는 샘플 용기를 지지하기 위해 위치되는 지지부;
상기 조명기로부터, 검정 샘플을 통하여, 검출기로 연장하는 광 축선을 따라 위치되는 검출기; 및
상기 조명기와 검정 샘플 사이에 제거 가능하게 배치되는 반사기를 포함하는 샘플 분석기를 얻는 단계;
상기 조명기에 근접한 검정 샘플을 담고 있는 샘플 용기를 지지하는 단계;
발광을 야기하기 위해 상기 검정 샘플을 조명하는 단계;
상기 발광의 일부를 검정 샘플을 통하여 검출기를 향하여 다시 반사하기 위해 조명기와 검정 샘플 사이에 반사기를 위치시키는 단계; 및
상기 발광을 측정하는 단계를 포함하는,
검정 샘플의 분석 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 검정 샘플의 분석물 농도는 미리 정해진 시간에서 이 시간 동안 발광을 측정하고, 샘플 분석기 소프트웨어를 사용하고, 상기 측정된 발광으로부터 검정 샘플의 분석물 농도를 산출함으로써 판정되는,
검정 샘플의 분석 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 검정 샘플은 샘플 용기의 디스크 형상 샘플 저장소에 담겨지는,
검정 샘플의 분석 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 디스크 형상 샘플 저장소는 약 1.5㎜ 내지 약 2.5㎜의 내측 두께를 갖는,
검정 샘플의 분석 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 검출기는 검정 샘플로부터 약 3㎜ 내지 약 7㎜에 위치되는,
검정 샘플의 분석 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 검출기는 광전자 증배관 튜브인,
검정 샘플의 분석 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 반사기는 편평한 거울인,
검정 샘플의 분석 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 반사기는 포물면 원뿔 반사기인,
검정 샘플의 분석 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 반사기는 셔틀 상에 배치되고, 조명기와 검정 샘플 사이에 반사기를 위치시키는 단계는 분석의 측정 모드 동안 반사기를 광 축선과 그리고 직각으로 그리고 검정 샘플에 인접하게 정렬하도록 셔틀을 이동시키는 단계를 포함하는,
검정 샘플의 분석 방법.
제 22 항에 있어서,
상기 검정 샘플을 조명하기에 앞서 상기 반사기를 광 축선으로부터 떨어지도록 셔틀을 이동시키는 단계를 더 포함하는,
검정 샘플의 분석 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 샘플 분석기는 조명기와 셔틀 사이에 고정되고, 광 축선과 그리고 직각으로 정렬되어 조명기로부터의 검정 샘플 안으로 빛을 분산하는 빛 분산기를 더 포함하는,
검정 샘플의 분석 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 샘플 분석기는 셔틀 상에 배치되는 빛 분산기를 더 포함하며, 조명하는 단계에 앞서, 셔틀은 빛 분산기를 광 축선과, 그리고 직각으로, 그리고 검정 샘플에 인접하게 정렬하도록 이동시키는,
검정 샘플의 분석 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 조명기는 검정 샘플로부터 10㎜ 미만에 위치되는,
검정 샘플의 분석 방법.