KR20160145712A - 생물학적 샘플을 분석하기 위한 회전가능한 카트리지 - Google Patents

생물학적 샘플을 분석하기 위한 회전가능한 카트리지 Download PDF

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Abstract

본원은 자동 분석기 (1400) 용 회전축 (102) 을 중심으로 스피닝되도록 작동가능한 카트리지 (100) 를 제공한다. 상기 카트리지는 : 유체 (107) 를 수용하기 위한 유체 챔버 (104); 분취 챔버 (116); 상기 유체 챔버와 상기 분취 챔버를 연결하는 덕트 (114); 하류측 유체 요소 (134); 상기 분취 챔버로부터의 유체를 상기 하류측 유체 요소로 사이퍼닝하기 위한 사이펀 (114); 생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위한 유체 구조물 (136), 및 처리된 생물학적 샘플의 측정을 가능하게 하는 측정 구조물 (144, 1410) 을 포함한다. 사이펀은 분취 챔버에서 사이펀 입구 (128) 를 포함하고, 상기 사이펀은 상기 하류측 유체 요소에서 사이펀 출구 (133) 를 더 포함하며, 상기 사이펀은 굽힘부 (120) 를 포함하고, 상기 굽힘부는 상기 회전축에 가장 근접한 상기 사이펀 부분이며, 상기 사이펀 입구는 상기 굽힘부에서부터 시작하고, 상기 사이펀 입구는 상기 분취 챔버의 하부까지 연장된다. 이는 유체의 다수의 분취물들이 사이펀에 의해 분취 챔버로부터 제거되도록 한다.

Description

생물학적 샘플을 분석하기 위한 회전가능한 카트리지 {ROTATABLE CARTRIDGE FOR ANALYZING A BIOLOGICAL SAMPLE}
본원은 생물학적 샘플들을 위한 분석 시험용 디바이스들, 특히 생물학적 샘플에서의 측정을 수행하기 위한 회전가능한 카트리지들의 구성과 용도에 관한 것이다.
의료 분석 분야에는 2 가지 종류의 분석 시스템들 : 습식 분석 시스템들과 건식 화학적 분석 시스템들이 알려져 있다. "습식 시약" (액체 시약) 을 사용하여 본질적으로 작동하는 습식 분석 시스템들은, 다수의 필수 단계, 예를 들어 샘플과 시약을 반응 용기에 제공하는 단계, 반응 용기에서 샘플과 시약을 함께 혼합하는 단계, 및 원하는 분석적 결과물 (분석 결과물) 을 제공하도록 측정 변수 특징에 대한 혼합물을 측정하고 분석하는 단계를 통하여 분석을 실시한다. 이러한 단계들은 종종 기술적으로 복잡한 대형의 라인 작동식 분석 기구들을 사용하여 실시되어, 관여 요소들의 필요한 매니폴드 운동을 허용한다. 이러한 종류의 분석 시스템은 통상적으로 대형의 의료 분석 연구실에서 사용된다.
한편, 건식 화학적 분석 시스템들은 "건식 시약들" 을 사용하여 작동하고, 이러한 건식 시약들은 통상적으로 시험 요소에 통합되고 그리고 예를 들어 "시험 스트립" 으로서 실시된다. 이러한 건식 화학적 분석 시스템들이 사용되면, 액체 샘플은 시험 요소에서 시약들을 용해시키고, 샘플과 용해된 시약의 반응은 시험 요소 자체에서 측정될 수 있는 측정 변수의 변화를 유발한다. 무엇보다도, 광학 분석가능한 (특히 비색) 분석 시스템들은 통상적으로 이러한 종류이고, 여기에서 측정 변수는 색상 변화 또는 다른 광학 측정가능한 변수이다. 전기화학 시스템들도 통상적으로 상기 종류이고, 여기에서 분석용 전기 측정 변수 특징, 특히 규정된 전압의 인가시에 전류는 측정 구역에 제공된 전극들을 사용하여 시험 요소의 측정 구역에서 측정될 수 있다.
건식 화학적 분석 시스템들의 분석 기구들은 통상적으로 컴팩트하고, 이러한 분석 시스템들 중 일부는 휴대가능한 배터리 작동식이다. 이러한 시스템들은, 예를 들어 병원들의 병동들에서 상주 의사들이 분산 분석하는데 사용되고 그리고 환자 자신이 의료 분석 매개변수 (특히, 당뇨병 환자가 혈당 분석 또는 와파린 환자들이 응고 상태) 를 모니터링하는 동안 소위 "가정내 모니터링" 에 사용된다.
습식 분석 시스템들에서, 고성능 분석 기구들은 보다 복잡한 다단계 반응 시컨스들 ("시험 프로토콜들") 의 실시를 허용한다. 예를 들어, 면역화학 분석들은 종종 다단계 반응 시컨스를 필요로 하고, 여기에서 "결합/프리 분리" (이하 "b/f 분리" 라고 함), 즉 결합상과 프리상의 분리가 필요하다. 하나의 시험 프로토콜에 따라서, 예를 들어, 프로브는 먼저 다공성 솔리드 매트릭스를 통하여 운반될 수 있고, 이 다공성 솔리드 매트릭스는 분석물을 위한 특정 결합 시약을 포함한다. 마킹 시약은, 그 후에 다공성 매트릭스를 통하여 유동하게 되고, 결합된 분석물을 마킹하며 그리고 이 결합된 분석물의 검출을 허용하도록 한다. 정확한 분석을 얻기 위해서, 세정 단계가 미리 실시되어야 하고, 여기에서 결합되지 않은 마킹 시약이 완전히 제거된다. 매니폴드 분석물을 결정하기 위한 다양한 시험 프로토콜들이 공지되어 있고, 이는 매니폴드 방법들에 있어서 상이하지만, 다수의 반응 단계들을 가진 복잡한 취급을 필요하는 특징을 공유하고, 특히 또한 가능하다면 b/f 분리가 필요하다.
시험 스트립들과 유사한 분석 요소들은 통상적으로 제어된 다단계 반응 시컨스들을 허용하지 않는다. 시험 스트립들과 유사한 시험 요소들이 공지되어 있고, 이러한 시험 요소들은 건식 형태의 시약들을 공급하는 것 이외에 추가의 기능들, 예를 들어 전체 혈액으로부터 적혈구들을 분리시킨다. 하지만, 이러한 시험 요소들은 통상적으로 개별 반응 단계들의 시간 시컨스의 정확한 제어를 허용하지 않는다. 습식 화학 연구실 시스템들은, 이러한 능력들을 제공하지만, 너무 크고, 너무 비싸고 너무 복잡하여 많은 적용에서 취급할 수 없다.
이러한 갭을 좁히기 위해서, 적어도 하나의 외부에서 제어된 (즉, 시험 요소 자체 외부의 요소를 사용하여) 액체 운반 단계를 내부에서 실시하도록 이행되는 시험 요소들 ("제어가능한 시험 요소들") 을 사용하여 작동되는 분석 시스템들이 제안되었다. 이러한 외부 제어는 압력차 (과압 또는 저압) 의 적용 또는 힘 작용의 변화 (예를 들어, 시험 요소의 자세 변화에 의한 또는 가속력들에 의한 중력 작용 방향의 변화) 에 기초할 수 있다. 외부 제어는 특히 빈번하게 회전 속도에 따라서 회전 시험 요소에 작용하는 원심력들에 의해 실시된다.
제어가능 시험 요소들을 가진 분석 시스템들은, 공지되어 있고 그리고 통상적으로 치수적으로 안정적인 플라스틱 재료를 포함하는 하우징과 이 하우징에 의해 둘러싸인 샘플 분석 채널을 가지며, 이 샘플 분석 채널은 다수의 채널 섹션들과 챔버들을 종종 포함하고, 이 챔버들은 이들 사이에 놓인 채널 섹션들에 비하여 확장된다. 채널 섹션들과 챔버들을 가진 샘플 분석 채널의 구조는 플라스틱 부분들의 프로파일링에 의해 규정된다. 이러한 프로파일링은 사출 성형 기법들 또는 열간 스탬핑에 의해 형성될 수 있다. 리소그래피 방법들에 의해 발생되는 미세구조물들이 점차적으로 사용된다.
제어가능한 시험 요소들을 가진 분석 시스템들은 대형 연구실 시스템들을 사용해서만 실시될 수 있는 시험들의 소형화를 허용한다. 추가로, 이러한 분석 시스템들은, 하나의 샘플로부터 유사한 분석들 및/또는 상이한 샘플들로부터 동일한 분석들을 병렬 처리하기 위한 동일한 구조물들의 적용을 반복함으로써 프로세서들의 병렬화를 허용한다. 시험 요소들이 통상적으로 확립된 제조 방법들을 사용하여 제조될 수 있고 그리고 시험 요소들은 또한 공지된 분석 방법들을 사용하여 측정 및 분석될 수 있는 다른 장점이 있다. 공지된 방법들과 제품들은 또한 이러한 시험 요소들의 화학적 및 생화학적 구성품들에 사용될 수 있다.
이러한 장점들에도 불구하고, 추가로 개선할 필요가 있다. 특히, 제어가능한 시험 요소들을 사용하여 작동하는 분석 시스템들은 여전히 너무 많이 크다. 대부분의 가능한 컴팩트한 치수는 많은 의도된 적용에 있어서 상당히 실제로 중요하다.
미국특허 US 8,114,351 B2 에는 분석물용 체액 샘플의 분석을 위한 분석 시스템이 개시되어 있다. 이러한 분석 시스템에서는 투여 스테이션 및 측정 스테이션을 가진 분석 기구 및 시험 요소를 제공한다. 이러한 시험 요소는 하우징을 가지고, (적어도) 하나의 샘플 분석 채널은 이러한 하우징에 의해 둘러싸인다. 시험 요소는 회전축을 중심으로 회전가능하고, 이 회전축은 시험 요소를 통하여 연장된다.
미국특허 8,470,588 B2 에서는 분석물을 검출하기 위한 방법과 시험 요소가 개시되어 있다. 시험 요소는 본질적으로 디스크 형상 및 플랫하고 그리고 바람직하게는 중심축을 중심으로 회전될 수 있으며, 이 중심축은 디스크 형상의 시험 요소의 평면에 수직하다.
Kim, Tae-Hyeong 등의 "Flow-enhanced electrochemical immunosensors on centrifugal microfluidic platforms." Lab on a Chip 13.18 (2013): 3747-3754, doi:10.1039/c3lc50374g, (이하, "Kim 등" 이라고 함) 에는, 비드 기준의 효소결합 면역흡착 검사를 통한 생물학적 샘플들로부터 타겟 항원 포획 및 유동 향상된 전기화학 검출을 위한 특징들을 가진 완전 통합식 원심의 미세유체 디바이스가 개시되어 있다. 이는 "랩-온-디스크 (lab-on-a-disc)" 또는 미세유체 CD 들이라고 하는 원심의 미세유체 디스크들에 통합된다.
Martinez-Duarte, Rodrigo 등의 "The integration of 3D carbon-electrode dielectrophoresis on a CD-like centrifugal microfluidic platform." Lab on a Chip 10.8 (2010): 1030-1043, doi:10.1039/B925456K, (이하 "Martinez-Duarte 등" 이라고 함) 에는, 컴팩트한 디스크 (CD) 기반의 원심 플랫폼을 가진 유전영동 (DEP)-보조식 필터가 개시되어 있다. 3D 탄소 전극들은 C-MEMS 기법을 사용하여 제조되고 그리고 관심 입자들을 포획하도록 DEP-가능 활성 필터 (DEP-enabled active filter) 를 실행하는데 사용된다.
유럽특허출원 EP 2 302 396 A1 에는, 회전 구동의 원주방향으로 샘플 액체를 유지하는 제 1 저장 캐비티에 인접한 작동 캐비티; 모세관력에 의해 샘플 액체를 흡인하고 그리고 샘플 액체를 작동 캐비티까지 전달하도록 제 1 저장 캐비티의 측벽에 제공된 연결 섹션; 및 회전 구동의 원주 방향으로 작동 캐비티 외부에 배치되고 그리고 연결 통로를 통하여 작동 캐비티의 최외부 위치와 연통하는 제 2 저장 캐비티들을 포함하는 분석 디바이스가 개시되어 있다. 연결 섹션은 제 1 저장 캐비티에 유지된 샘플 액체의 액체 레벨보다 더 멀리 원주방향으로 연장된다.
미국특허출원 US 2009/0246082 에는, 샘플 용액을 용액 성분과 고체 성분으로 분리시키는 분리 챔버, 미리 정해진 양의 분리된 고체 성분을 유지하기 위한 유지 채널, 유지 채널에 연결된 혼합 챔버, 유지 챔버와 분리 챔버 사이에 연결된 과유동 채널, 분리 챔버에 잔류하는 샘플 용액을 배출하는 샘플 과유동 챔버, 및 분리 챔버와 샘플 과유동 챔버를 연결하는 조인트 채널을 포함하는 분석 디바이스가 개시되어 있다. 분리된 용액 성분이 우선적으로 모세관력으로 과유동 채널을 충전한 후에, 분리된 고체 성분은 과유동 채널을 통하여 유지 채널까지 전달되고, 미리 정해진 양의 고체 성분이 측정된다. 유지 채널에서 고체 성분은 원심력에 의해 혼합 챔버까지 전달되고, 동시에 분리 챔버에 잔류하는 샘플 용액은 조인트 채널의 사이펀 영향에 의해 샘플 과유동 챔버로 배출된다.
본원은, 독립항들에서 측정을 실시하는 방법, 자동 분석기용 카트리지, 및 자동 분석기를 제공한다. 실시형태들은 종속항들에 주어져 있다. 측정은 예를 들어 광학 측정 또는 전기 측정일 수 있다.
일 양태에서, 본원은 카트리지를 사용하여 처리된 생물학적 샘플의 측정을 실시하는 방법을 제공한다.
본원에 사용된 카트리지는 생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위한 시험 요소를 포함한다. 카트리지는 생물학적 샘플상에서 측정이 실시될 수 있도록 하는 구조물들 또는 구성품들을 포함할 수 있다. 카트리지는 미국특허 8,114,351 B2 및 8,470,588 B2 에 규정 및 설명된 바와 같은 시험 요소이다. 본원에 사용된 카트리지는 또한 원심 미세유체 디스크라고 할 수 있고, 또한 "랩-온-디스크" 또는 미세유체 CD 로도 알려져 있다.
본원에 사용된 생물학적 샘플은 유기체로부터 취한 샘플로부터 유도, 복사, 복제, 또는 재생된 화학적 생성물을 포함한다.
카트리지는 유체를 수용하기 위한 유체 챔버를 포함한다. 카트리지는 분취 챔버를 더 포함한다. 카트리지는 유체 챔버와 분취 챔버를 연결하는 덕트를 더 포함한다. 덕트는 유체 챔버로부터 분취 챔버까지 유체를 전달하도록 작동가능하다. 일부 실시예들에서, 분취 챔버는 유체 챔버보다 회전축으로부터 더 멀리 있다. 이러한 경우에, 덕트는 단순히 분취 챔버와 유체 챔버를 연결하는 채널일 수 있다. 다른 실시예들에서, 덕트는 사이펀일 수 있고 그리고 유체 챔버에서 분취 챔버까지 유체를 전달하는데 사용될 수 있다.
카트리지는 하류측 유체 요소를 더 포함한다. 하류측 유체 요소는 분취 챔버로부터 유체 하류측인 것으로 고려된다. 카트리지는 분취 챔버에서 하류측 유체 요소까지 유체를 사이퍼닝하기 위한 사이펀을 더 포함한다. 사이펀은 분취 챔버에서 사이펀 입구를 포함한다. 사이펀은 하류측 유체 요소에서 사이펀 출구를 더 포함한다. 사이펀은 굽힘부를 포함하고, 이 굽힘부는 회전축에 가장 근접한 사이펀 부분이다.
사이펀 입구는 굽힘부에서 시작하지만 또한 분취 챔버의 하부까지 연장된다. 하부는 굽힘부보다 회전축으로부터 더 멀다. 사이펀 입구는, 모세관 작용에 의해 유체가 사이펀에 유입하고 이를 충전하여 기능적으로 사이펀 구조물의 일부가 되는 기하학적 치수를 가진다. 사이펀 입구의 유체 하류측의 사이펀 부분과는 반대로, 사이펀 입구는 분취 챔버안으로 연장된다. 분취 챔버는 사이펀 입구에 근접하게 최소 폭을 가진다. 사이펀 입구는 사이펀 입구 폭을 가진다. 사이펀의 다른 부분들은 모세관 유동을 향상시키도록 사이펀 입구 폭보다 더 작은 치수를 가질 수 있다.
사이펀 입구 폭은 사이펀 입구에 인접한 분취 챔버의 최소 폭보다 작다. 최소 폭은 간단하게 사이펀 입구에 인접한 분취 챔버에서 측정된 최소 폭이다. 예를 들어, 많은 실시예들에서, 카트리지는 플랫하고 디스크 형상이며 다양한 챔버들과 유체 요소들은 평평한 형상들을 사용하여 구성된다. 하지만, 필수적이지는 않고; 분취 챔버는 예를 들어 축방향에서 측정했을 때 가변 폭을 가질 수 있다. 사이펀 입구에 인접한 최소 폭은, 사이펀 입구가 분취 챔버에 유입하는 곳에 인접한 분취 챔버의 최소 폭이다. 사이펀 입구에 인접한 분취 챔버의 더 큰 다른 부분들이 있을 수 있지만; 최소 폭은 사이펀 입구에 인접한 분취 챔버의 가장 작은 폭이다. 분취 챔버의 최소 폭은 충분히 커서, 분취 챔버내에서는 모세관 유동이 없다.
카트리지는 생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위한 유체 구조물을 더 포함한다. 생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위한 유체 구조물은 하류측 유체 요소를 포함하거나 하류측 유체 요소에 유체 연결된다. 본원에 사용된 유체 연결은, 2 개 또는 그 이상의 유체 요소들 사이에서 유체를 운반 또는 전달할 수 있는 경로, 채널 또는 다른 유체 연결을 포함한다.
하류측 유체 요소는 생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위한 유체 구조물의 일부 또는 유체 구조물에 유체 연결되는 유체 요소이다. 유체 구조물은 처리된 생물학적 샘플의 측정을 가능하게 하는 측정 구조물을 포함한다. 유체 구조물은 생물학적 샘플을 수용하도록 구성된다.
본 방법은 생물학적 샘플을 유체 구조물에 배치하는 단계를 포함한다. 예를 들어 생물학적 샘플을 배치하기 위한 수용기 (receptacle) 또는 장소 (예를 들어, 샘플 포트) 가 있을 수 있다. 본 방법은 유체 구조물을 사용하여 생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위한 카트리지의 회전 속도를 제어하는 단계를 더 포함한다. 예를 들어, 카트리지는 처리를 실시하기 위해서 상이한 기간동안 다양한 속도들로 회전축을 중심으로 회전될 수 있다. 본 방법은 유체 챔버를 유체로 충전하는 것을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 이는 외부 공급원으로부터의 유체를 유체 챔버에 배치하는 것을 의미할 수 있다. 다른 실시예들에서, 유체 챔버내에 있거나 유체 챔버에 연결되는 유체 저장기는 개방될 수 있어서 유체 챔버를 유체로 충전한다.
본 방법은 유체 챔버로부터의 유체를 덕트를 통하여 분취 챔버까지 운반하기 위해 카트리지의 회전 속도를 제어하는 단계를 더 포함한다. 예를 들어, 분취 챔버가 유체 챔버보다 회전축으로부터 더 멀리 있으면, 카트리지는 단순히 회전축을 중심으로 충분히 큰 속도로 회전될 수 있고 그리고 원심력은 덕트를 통하여 반경방향 외부로 그리고 분취 챔버안으로 유체를 가압한다. 본 방법은 분취 챔버로부터의 유체의 제 1 부분을 하류측 유체 요소까지 전달하도록 카트리지의 회전 속도를 제어하는 단계를 더 포함한다. 사이펀의 사이펀 폭은, 사이펀내의 유체의 모세관 작용으로 유체를 분취 챔버로부터 사이펀안으로 자동적으로 전달하도록 그리고 모세관 작용에 의해 사이펀을 충전하도록 선택될 수 있다. 사이펀 출구와 하류측 유체 요소 사이의 통로는, 사이펀에서의 모세관력들이 유체가 하류측 유체 요소들안으로 전달되는 것을 방지하도록, 모세관 정지 밸브로서 형성될 수 있다. 오직 사이펀에서 모세관력 (및 표면 인장) 을 초과하는 원심력이 적용되면, 유체는 반경방향 외부로 위치된 하류측 유체 요소안으로 운반될 수 있다.
본원에 사용된 모세관 정지 밸브는, 유체가 모세관 정지 밸브를 통하여 유동하지 못하도록 유체의 모세관력을 사용하는 밸브 또는 구조물이다. 예를 들어, 직경이 충분히 작은 튜브는 튜브안으로 유체를 흡인하고 그리고 모세관력은 유체가 튜브 외부로 유동하는 것을 방지한다. 이러한 튜브의 경우에 대하여, 튜브의 입구와 출구는 모세관 정지 밸브들로서 기능한다. 일부 실시예들에서, 사이펀 출구 자체는 사이펀 출구가 모세관 정지부로서 기능하기에 (인접한 유체 구조물들과 챔버들에 비하여) 충분히 작은 치수를 가질 수 있다.
충분한 속도에서 회전축을 중심으로 카트리지를 회전시킴으로써, 사이펀의 모세관 작용에 대항하는 원심력을 유발한다. 따라서, 카트리지를 충분한 속도에서 회전시킴으로써, 사이펀에 의해 분취 챔버에서부터 하류측 유체 요소까지 유체의 전달이 방지될 수 있다. 회전 속도를 느리게 함으로써 사이펀의 모세관 작용으로 사이펀안으로 유체를 흡인하고 이 사이펀을 충전하도록 한다.
본 방법은 분취 챔버로부터의 유체의 제 1 부분을 하류측 유체 요소까지 전달하도록 카트리지의 회전 속도를 제어하는 것을 더 포함한다. 카트리지의 회전 속도에서의 증가는 공기가 굽힘부에서 사이펀에 유입하도록 한다. 통상적으로 사이펀이 유체를 전달하고 있을 때 이 사이펀은 오직 한번 사용될 수 있다. 사이펀 입구가 굽힘부에서 분취 챔버의 하부까지 내내 연장되기 때문에, 공기는 굽힘부에서 사이펀에 직접 유입할 수 있음을 알아야 한다.
굽힘부가 노출되면 공기는 이 지점에서 유입할 수 있다. 카트리지의 회전 속도의 증가로 인해 발생하는 증가하는 원심력은 굽힘부의 반경방향 외부에 위치된 사이펀의 "아암들" 양측에 작용한다. 사이펀에 포함된 유체는 반경방향 외부로 운반된다. 굽힘부와 분취 챔버 사이의 사이펀 아암에 포함되는 유체부는 분취 챔버안으로 다시 운반된다. 굽힘부와 하류측 유체 요소 사이의 사이펀 아암내에 포함되는 유체부는 하류측 유체 요소안으로 운반된다. 노출된 굽힘부로 인해 공기가 사이펀의 굽힘부에서 유입될 수 있기 때문에, 2 개의 유체부들을 분리시키는 사이펀의 양측 아암들안으로 공기가 유입할 수 있다. 사이펀에서는 유체가 제거된 후 다시 사용될 수 있다. 이는 분취 챔버로부터 계량된 양의 유체를 하류측 유체 요소까지 전달하는 장점을 가진다.
본 방법은 분취 챔버로부터의 유체의 적어도 제 2 부분을 하류측 유체 요소까지 전달하도록 카트리지의 회전 속도를 제어하는 것을 더 포함한다. 상기 단계에서, 회전 속도는 다시 느려져서 원심력을 극복하도록 사이펀내에서 모세관 작용을 할 수 있다. 이는 사이펀이 분취 챔버로부터의 유체의 제 2 부분으로 다시 충전되도록 한다. 본 방법은, 카트리지의 회전 속도를 증가시키고 그리고 전술한 바와 같이 하류측 유체 요소에 유체의 제 2 부분을 전달하도록 제어하는 것을 더 포함한다. 카트리지의 회전 속도에서의 증가는 다시 공기가 굽힘부에서 사이펀에 유입하도록 하고 그리고 사이펀의 각각의 아암들에 포함된 2 개의 유체부들을 분리시키도록 한다. 이러한 프로세스는 다수회 반복되어, 그 후에 다수의 유체부들이 제어된 방식으로 전달되도록 한다.
굽힘부와 하류측 유체 요소 사이의 사이펀 아암의 용적은 규정되기 때문에, 본 방법은 또한 후속의 단계들 각각에서 하류측 유체 요소안으로 운반되는 유체 부분을 계량하는데 사용될 수 있다.
본 방법은 측정 구조물 및 측정 시스템을 사용하여 측정을 실시하는 단계를 더 포함한다. 본 방법의 제 1 단계는 생물학적 샘플을 유체 구조물에 배치하고 그리고 마지막 단계는 측정을 실시하는 것임을 알아야 한다. 하지만, 본 방법에서 다른 단계들은 다른 순서대로 실시될 수 있고, 다양한 단계들은 2 번 이상 실시될 수 있다.
본 방법은 유체가 분취 챔버로부터 하류측 유체 요소까지 다수회 전달될 수 있는 장점을 가질 수 있다.
특허출원 US 2009/0246082 A1 에는 과유동 챔버 또는 채널에서 다양한 위치들에 위치된 에어홀들의 용도가 개시되어 있다. 예를 들어 US 2009/0246082 A1 의 도 3, 도 4 및 도 5 를 참조하면 된다. 하지만, 사이펀의 굽힘부에서 에어홀의 위치결정은, 굽힘부에서부터 분취 챔버의 하부까지 연장되는 사이펀 입구를 가지도록 유체의 반복가능한 분취 (aliquoting) 를 가능하게 하지 않는다. 이러한 장점은 이하 보다 자세히 설명된다.
마찬가지로, EP 2302396 A1 에 개시된 분취 구조물은 여러 개의 분취물들 (aliquots) 에서 유체의 평행한 분리를 가능하게 하지만 또한 회전축에 가장 근접한 위치에서만 공기가 통하게 하는 통기 구조물을 사용한다. 예를 들어 EP 2302396 A1 의 도 55 및 대응 내용을 참조하면 된다. 도면에 도시된 구조물은 유체로 충전되어야 하는 기다란 모세관 채널을 특징으로 한다. 이 채널은 하류측 챔버들에 대하여 여러 개의 통기구들과 연결부들을 특징으로 한다.
EP 2302396 에 도시된 구조물은 이하의 단점들을 가지는데: 제 2 분취 단계를 위한 이러한 구조물의 재충전이 매우 신뢰가능하지 않다. 제 2 분취 단계에 대해서, 모세관은 배출/비워져야 하고 그 후에 다시 충전된다. 모세관의 벽들이 여전히 습윤상태이면, 충전 프로세스는 제 1 분취 단계의 초기 충전 프로세스와는 상이하다. 유체는 채널들의 중심을 따라서기 보다는 습윤된 채널의 벽들을 따라서 상당히 더 신속하게 이동한다. 작은 채널 직경으로 인해, 하나의 채널 벽에서 처리하는 유체는 반대편의 채널 벽의 유체와 종종 접촉하게 된다. 이는 채널을 막히게 하는 기포의 형성을 유발한다. 이러한 영향은, 표면 인장이 낮은 유체들 (예를 들어, 세정 완충제들) 이 분취되면 상당히 증가하게 된다. 기포 형성 가능성은 충전할 모세관의 길이에 따라서 증가한다.
실시한 실험들에서는, 반복적인 분취 단계들에서 긴 모세관들이 신뢰가능하게 사용될 수 없음을 나타낸다. 굽힘부 근방에 단일의 기다란 모세관 및 통기구를 가진 구조물이 구성되었다. 시험들 동안, 기포들은 액체의 제 2 분취가 시도되면 통기구를 일관성있게 막았다. 본원과는 반대로 그리고 본원에 따라서, 굽힘부에서부터 분취 챔버의 하부까지 연장되는 사이펀 입구를 가짐으로써, 사이펀에서부터 분취 챔버안으로 공기가 제거될 수 있는 넓은 영역을 제공한다. 또한, 사이펀 입구의 모세관 채널은 4 개 대신에 3 개의 벽들로 구성된다. 그럼으로써, 기포를 형성하도록 반대편 사이펀 벽에서 돌출하는 유체와 접촉하도록 사이펀 벽을 따라서 돌출하는 유체의 가능성이 최소화된다. 이러한 2 가지 영향들은 사이펀이 기포들에 의해 막힐 가능성을 상당히 저감시킨다.
사이펀 입구가 굽힘부에서부터 분취 챔버의 하부까지 연장되는 사이펀은, 각각의 분취 단계에서 충전될 모세관의 길이를 저감시킴으로써 일련의 분취 단계들을 가능하게 한다. 이러한 사이펀은 2 부분들로 분리되는데: 반경방향 내부로 이어지는 부분 및 반경방향 내부 위치에서 굽힘부의 부분은 예를 들어 오직 3 개의 채널 벽들을 특징으로 한다. 사이펀 입구인 채널의 상기 부분은, 그리하여 분취 챔버의 하부에서부터 상부까지의 전체 길이에 걸쳐 연결된다. 즉, 사이펀 입구는 분취 챔버로 개방되고 그리고 오직 3 개의 인접 벽들을 가진 "개방" 모세관 구조물을 형성한다. 3 개의 벽들 또는 굽힘부에서 분취 챔버의 하부까지 연장되는 채널 입구를 가진 이러한 채널은 기포 형성 가능성을 현저하게 저감시킨다. 이는 일련의 분취 프로세스들을 실시하도록 모세관을 재충전하기 위한 기회를 증가시킨다. 반경방향 외부로 이어지는 사이펀의 아암은 4 개의 벽들을 특징으로 한다. 모세관의 상기 부분만이 4 개의 벽들로 구성된다는 사실로 인해, 더 큰 가능성으로 기포가 형성되는 모세관의 길이가 저감된다.
상기 설명은 사이펀이 직사각형 또는 정사각형 프로파일을 가지는 것으로 가정한 것이다. 상기 설명은 다른 프로파일을 가진 사이펀들에 필요한 변경을 가하여 적용한다. 예를 들어, 사이펀은 사이펀 입구를 형성하는 벽을 따라서 개방 섹션을 가진 원형 또는 타원형 프로파일을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 측정은 광학 측정이다. 이러한 측정은, 비한정적으로, 광도 투과 측정, 광 산란 측정, 화학발광, 형광, TIRF (Total Internal Reflection Fluorescence), 및 전기화학발광 (ECL) 측정을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 측정 구조물은 투명 구조물이거나 투명 구조물을 포함할 수 있다.
다른 실시형태에서, 카트리지는 카트리지가 회전되면 수평이다. 수평 위치에 카트리지를 배치하는 것은, 회전축을 수직 위치에 배치하는 것에 상응한다.
다른 실시형태에서, 측정 구조물은 투명 구조물이다. 투명 구조물은 예를 들어 윈도우일 수 있다. 투명 구조물은 또한 광학적으로 투명일 수 있다. 다른 실시예에서, 투명 구조물은 2 개 이상의 투명 및/또는 광학 구성품을 가진다. 예를 들어, 일측에서 컨테이너의 일면에는 윈도우가 있을 수 있고 타면에는 미러가 있을 수 있다. 광학적 투명 구조물은 예를 들어 카트리지의 일측 또는 양측에서의 홀일 수 있다. 투명 구조물은 또한 광학 필터를 포함할 수 있다. 투명 구조물은 또한 가시 범위 밖, 예를 들어 근적외선 또는 근자외선 범위의 투명한 것을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 광학 측정은 또한 근적외선 또는 근자외선 범위의 측정들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 광학적 투명은 근적외선 또는 근자외선 범위를 배제할 수 있다.
다른 실시예들에서, 측정 구조물은 처리된 생물학적 샘플의 전기 측정 또는 ECL 측정을 하기 위한 2 개 이상의 전극들을 포함한다. 예를 들어, Martinez-Duarte 등 또는 Kim 등의 측정 구조물들은 카트리지안으로 포함될 수 있다.
다른 실시예들에서, 광학적 투명은 근적외선 또는 근자외선을 배제할 수 있다.
유체 구조물은 미세 유체 구조물일 수 있다.
생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하고 그리고 분취 챔버로부터의 유체를 하류측 유체 요소에 분취하는 것은 어떠한 특정 순서가 있지 않고 분취가 본원의 실행 동안 다수회 실시될 수 있음을 알아야 한다.
다른 양태에서, 본원은 자동 분석기용 카트리지를 제공한다. 카트리지는 회전축을 중심으로 스핀되도록 작동가능하다. 카트리지는 유체를 수용하기 위한 유체 챔버를 포함한다. 카트리지는 분취 챔버를 더 포함한다. 카트리지는 유체 챔버와 분취 챔버를 연결하는 덕트를 더 포함한다. 카트리지는 하류측 유체 요소를 더 포함한다. 카트리지는 분취 챔버에서 하류측 유체 요소까지 유체를 사이퍼닝하기 위한 사이펀을 더 포함한다. 사이펀은 분취 챔버에서 사이펀 입구를 포함한다. 사이펀은 하류측 유체 요소에서 사이펀 출구를 더 포함한다. 사이펀은 굽힘부를 포함한다. 굽힘부는 회전축에 가장 근접한 사이펀의 부분이다. 사이펀 입구는 굽힘부에서 시작한다. 사이펀 입구는 분취 챔버의 하부까지 연장된다. 하부는 굽힘부보다 회전축으로부터 더 멀다. 분취 챔버는 사이펀에 근접하여 최소 폭을 가진다. 사이펀은 사이펀 폭을 가진다. 사이펀 폭은 최소 폭보다 작다. 카트리지는 생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위한 유체 구조물을 더 포함한다. 유체 구조물은 하류측 유체 요소를 더 포함한다. 유체 구조물은 처리된 생물학적 샘플의 측정을 가능하게 하기 위한 측정 구조물을 포함한다. 유체 구조물은 생물학적 샘플을 수용하도록 구성된다. 예를 들어, 유체 구조물은 생물학적 샘플이 배치되는 수용기 또는 챔버를 가질 수 있다.
다른 실시형태에서, 분취 챔버의 하부는 회전축으로부터 가장 먼 분취 챔버의 구역 또는 지점이다.
다른 실시형태에서, 분취 챔버는 최저 지점을 포함한다. 최저 지점은 회전축으로부터 가장 먼 분취 챔버의 위치이다. 사이펀 입구는 최저 지점까지 연장된다. 상기 실시예에서, 사이펀 입구는 굽힘부에서부터 분취 챔버의 최저 지점까지 내내 연장된다. 이는, 분취 챔버에 포함된 유체 전부가 다수의 분취 단계들에서 하류측 유체 요소에 전달될 수 있기 때문에 유리할 수 있다. 굽힘부와 사이펀 입구 사이의 사이펀 아암에 포함된 유체 용적만이 하류측 유체 요소로 전달될 수 없는데, 이러한 유체 용적이 항상 분취 챔버로 다시 전달되기 때문이다.
일부 실시예들에서, 사이펀 입구의 반경방향 폭은 분취 챔버의 반경방향 폭의 절반보다 크다. 반경방향 폭은 회전축에 대해 측정된 2 개의 지점들의 차이다. 분취 챔버의 반경방향 폭은 회전축으로부터 가장 근접하고 가장 먼 분취 챔버의 지점들 사이의 반경방향 폭이다. 사이펀 입구의 반경방향 폭은 회전축으로부터 가장 근접하고 가장 먼 사이펀 입구의 지점들의 반경방향 폭이다.
다른 실시예에서, 사이펀 입구의 반경방향 폭은 분취 챔버의 반경방향 폭의 1/4 보다 크다. 다른 실시예에서, 사이펀 입구의 반경방향 폭은 분취 챔버의 반경방향 폭의 3/4 보다 크다.
다른 실시형태에서, 카트리지는 유체로 충전된 저장기를 더 포함한다. 저장기는, 개방되고 그리고 유체를 유체 챔버에 전달하도록 구성된다. 카트리지는, 예를 들어 저장기를 개방하는데 사용될 수 있는 저장기 개방 요소를 가질 수 있다. 또한, 액츄에이터는 저장기 개방 요소를 작동 또는 활성화시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 자동 분석기는 저장기를 개방시켜 저장기에 포함된 유체가 유체 챔버에 유입하도록 저장기 또는 이 저장기에 부착된 메카니즘을 작동시키는 디바이스를 가질 수 있다.
저장기는, 예를 들어 얇은 필름 또는 호일일 수 있는 예를 들어 제거가능한 또는 천공가능한 밀봉부로 밀봉될 수 있다. 예를 들어, 작은 피스의 금속 호일 또는 플라스틱의 얇은 필름은 천공가능한 밀봉부로서 사용될 수 있다. 유체 챔버 또는 카트리지의 다른 구성품은 천공가능한 밀봉부를 개방하기 위한 천공 구조물을 가질 수 있다. 천공 구조물은 특정 천공가능한 밀봉부를 천공할 수 있는 어떠한 구조물일 수 있고 그리고 예를 들어 핀, 란스, 또는 날카로운 에지일 수 있다. 다른 실시예들에서, 제거가능한 밀봉부는 저장기를 개방하도록 벗겨질 수 있다.
다른 실시형태에서, 유체 챔버 또는 이 유체 챔버에 연결된 유체 수용 구조물은 유체를 유체 챔버에 분배하기 위한 투여 니들을 수용하도록 구성된다. 이는, 예를 들어 수동으로 실시될 수 있거나 또는 자동 분석기는 유체 챔버 또는 유체 수용 구조물에 유체를 자동적으로 분배하는 투여 니들을 가질 수 있다.
다른 실시형태에서, 유체는 이하: 분산물, 나노입자들을 포함하는 유체, 혈액형 판정 시약을 포함하는 유체, 면역 시약을 포함하는 유체, 항체를 포함하는 유체, 효소를 포함하는 유체, 효소 반응을 위한 1 개 이상의 기재들을 포함하는 유체, 형광 발광 분자들을 포함하는 유체, 면역화학 반응을 측정하기 위한 분자들을 포함하는 유체, 핵산의 반응을 측정하기 위한 분자들을 포함하는 유체, 재조합 단백질을 포함하는 유체, 바이러스 격리물을 포함하는 유체, 바이러스를 포함하는 유체, 생화학적 시약을 포함하는 유체, 용제, 희석제, 완충제, 단백질을 포함하는 유체, 염을 포함하는 유체, 세제, 핵산을 포함하는 유체를 포함하는 유체, 산을 포함하는 유체, 염기를 포함하는 유체, 수용액, 비수용액 및 이들의 조합물 중 어떠한 하나이다.
다른 실시형태에서, 사이펀은 모세관 작용에 의해 유체가 사이펀에 유입하고 이 사이펀에 완전히 충전되도록 작동가능하다. 이는, 예를 들어, 사이펀 폭 또한 사이펀의 다른 기하학적 치수를 적절하게 선택함으로써 선택될 수 있다. 하지만, 이는, 유체의 특정 조성 및 유형, 특히 유동학적 특징들에 의존한다.
다른 실시형태에서, 사이펀 폭은 100 ㎛ ~ 500 ㎛ 이다. 이는, 100 ㎛ ~ 500 ㎛ 이 모세관 작용이 사이펀을 자동적으로 충전하도록 하는 통상적인 치수이기 때문에 유리할 수 있다.
다른 실시형태에서, 사이펀 출구는 모세관 정지 밸브이다.
다른 실시형태에서, 측정 구조물은 2 개 이상의 전극들을 포함한다. 측정 구조물은 전극 또는 전기화학발광 시스템이다.
다른 실시형태에서, 측정 구조물은 투명 구조물을 포함한다. 측정 시스템은 광학 측정 시스템을 포함한다.
일부 실시예들에서는 투명 구조물을 가진 측정 구조물 또한 보다 복잡한 시험들을 위한 전극 둘 다를 가질 수 있다. 예를 들어, 측정 구조물은 전기화학발광 측정들을 위한 구조물일 수 있다: 여기에서 전극들은 샘플에서 광학 여기를 유발한다.
실시예들은 또한 전극만을 가질 수 있다. 예를 들어, 전기화학 검출 구조물에서 전극은 효소 반응에 의해 유발되는 전류를 측정하는데 사용될 수 있다.
다른 실시형태에서, 분취 챔버는 상부를 포함한다. 상부는 하부보다 회전축에 더 근접하다. 상부는 굽힘부와 접촉한다. 사이펀 입구은 상부 및 하부로 개방한다. 상부는 제 1 폭을 가진다. 제 1 폭은 사이펀 입구에 인접한 다른 부분의 폭이다. 하부는 제 2 폭을 가진다. 제 2 폭은 사이펀 입구에 인접한 하부의 폭이다. 제 2 폭은 제 1 폭보다 더 크다. 사이펀 폭은 제 1 폭보다 작다.
다른 실시형태에서, 카트리지는 분취 챔버에 연결된 여분의 유체 컨테이너를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 여분의 유체 챔버는 분취 챔버의 하부에 연결될 수 있다. 이는, 분취 챔버안으로 가고 그리고 하류측 유체 챔버안으로 전달될 수 있는 유체의 전체 양을 제어하는데 사용될 수 있다.
다른 실시형태에서, 분취 챔버는 대기 통기구 또는 통기구를 포함한다. 이는, 분취 챔버에서 다수의 분취 단계들을 가능하게 하거나 보조할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 통기구는 상부에 있다.
다른 실시형태에서, 사이펀은 공기 통기 채널을 포함한다. 본원에 사용된 공기 통기 채널은, 사이펀에 인접하고 그리고 사이펀의 일부에서 사이펀의 다른부로 공기 및/또는 기포를 운반하기 위해 사이펀의 길이를 따라서 연결되는 채널 또는 소형 채널을 포함한다.
일 실시예에서, 공기 통기 채널은 사이펀의 메인 채널보다 작은 특징적인 치수 또는 폭을 가진다. 메인 채널은 유체를 운반하기 위한 것이다. 예를 들어, 사이펀은 100 ㎛ ~ 500 ㎛ 의 직경 또는 사이펀 폭일 수 있음을 이전에 언급하였다. 상기 실시예에서, 사이펀을 따라 부착된 공기 통기 채널은 사이펀보다 작은 특징적인 치수를 가진다. 그러면, 사이펀은 대략 80 ~ 400 ㎛ 의 폭 또는 직경을 가진 공기 통기 채널을 가진다.
다른 실시예에서, 공기 통기 채널은 특징적인 치수를 가지거나 사이펀의 메인 채널과 동일한 크기 또는 더 큰 크기이다.
사이펀 옆의 이러한 여분의 채널 또는 공기 통기 채널은, 사이펀이 유체를 자체적으로 제거할 수 있다면 유리하고 그리고 2 번 이상의 분취가 필요하면 사이펀을 재사용할 수 있다.
다른 양태에서, 본원은 일 실시형태에 따른 카트리지를 수용하도록 구성된 자동 분석기를 제공한다. 자동 분석기는 카트리지 스피너, 측정 시스템 및 자동 분석기를 제어하도록 구성된 제어기를 포함한다. 일부 실시예들에서, 자동 분석기는 또한 유체를 카트리지에 분배하기 위한 투여 니들을 가질 수 있거나 유체 챔버에 연결되는 유체로 충전된 저장기를 개방하기 위한 액츄에이터를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 조작자는 먼저 생물학적 샘플을 카트리지안으로 넣은 후 이 카트리지를 자동 분석기안으로 설치한다. 다른 실시예들에서, 자동 분석기는, 생물학적 샘플을 카트리지안으로 자동적으로 넣거나 또한 유체로 유체 챔버를 충전하도록 할 수 있는 투여 니들을 가질 수 있다. 자동 분석기는 유체로 챔버를 충전하기 위한 유체 충전 수단을 포함할 수 있다. 유체 충전 수단은 전술한 바와 같이 투여 니들을 통하여 유체를 제공하거나 액츄에이터를 사용하여 저장기를 개방시킬 수 있다.
제어기는, 유체 구조물을 사용하여 생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위해 카트리지 스피너를 제어함으로써 카트리지의 회전 속도를 제어하도록 구성 또는 프로그래밍된다. 제어기는 추가로 유체로 유체 챔버를 충전하도록 구성 또는 프로그래밍될 수 있다. 이는, 예를 들어 투여 니들 시스템을 제어함으로써 또는 저장기가 유체를 유체 챔버로 배출하도록 하는 액츄에이터를 조작함으로써 달성될 수 있다. 제어기는 추가로 유체 챔버로부터의 유체를 덕트를 통하여 분취 챔버로 운반하기 위해 카트리지 스피너를 제어함으로써 카트리지의 회전 속도를 제어하도록 구성 또는 프로그래밍된다. 제어기는 추가로 처음에 유체로 사이펀을 충전하도록 카트리지의 회전 속도를 제어하도록 구성된다. 제어기는 추가로 사이펀에서의 유체의 제 1 부분을 하류측 유체 요소로 운반하도록 카트리지 스피너를 제어함으로써 카트리지의 회전 속도를 증가시키도록 제어하도록 구성 또는 프로그래밍된다. 카트리지의 회전 속도에서의 증가는 공기가 굽힘부에서 사이펀에 유입하도록 한다. 이러한 증가는 또한 유체의 제 1 부분을 사이펀 출구를 통하여 가압한다. 일부 실시예들에서, 사이펀 출구는 모세관 정지 밸브로서 기능할 수 있다. 제어기는 추가로 두번째로 분취 챔버로부터의 유체로 사이펀을 충전하도록 카트리지의 회전 속도를 제어하도록 구성 또는 프로그래밍된다. 이는, 카트리지 스피너를 제어하는, 예를 들어 회전 속도를 감소시키는 제어기에 의해 달성된다. 제어기는 추가로 사이펀으로부터의 유체의 제 2 부분을 하류측 유체 요소로 운반하기 위해 카트리지의 회전 속도가 증가하도록 제어하도록 구성 또는 프로그래밍된다. 카트리지의 회전 속도에서의 증가는 공기가 굽힘부에서 사이펀에 유입하도록 한다. 회전 속도에서의 증가는 또한 유체의 제 2 부분을 사이펀 출구를 통하여 가압한다. 마지막으로, 제어기는 추가로 측정 구조물 및 측정 시스템을 사용하여 측정을 실시하도록 구성 또는 프로그래밍된다.
본원의 전술한 실시형태들 중 하나 이상은 조합된 실시형태들이 상호 배제하지 않는 한 조합될 수 있음을 이해할 것이다.
본원의 이하의 실시형태들에서는 도면들을 참조하여 실시예의 방식으로만 보다 상세히 설명된다.
도 1 은 카트리지의 일 실시예를 도시한다.
도 2 는 도 1 의 카트리지를 사용하여 유체의 다수의 분취물들을 형성하는 방법의 일부를 도시한다.
도 3 은 도 1 의 카트리지를 사용하여 유체의 다수의 분취물들을 형성하는 방법의 일부를 추가로 도시한다.
도 4 는 도 1 의 카트리지를 사용하여 유체의 다수의 분취물들을 형성하는 방법의 일부를 추가로 도시한다.
도 5 는 도 1 의 카트리지를 사용하여 유체의 다수의 분취물들을 형성하는 방법의 일부를 추가로 도시한다.
도 6 은 도 1 의 카트리지를 사용하여 유체의 다수의 분취물들을 형성하는 방법의 일부를 추가로 도시한다.
도 7 은 도 1 의 카트리지를 사용하여 유체의 다수의 분취물들을 형성하는 방법의 일부를 추가로 도시한다.
도 8 은 도 1 의 카트리지를 사용하여 유체의 다수의 분취물들을 형성하는 방법의 일부를 추가로 도시한다.
도 9 는 유체 챔버내의 유체 저장기의 일 실시예를 도시한다.
도 10 은 개방된 도 9 의 유체 저장기를 도시한다.
도 11 은 분취 챔버와 하류측 유체 요소 사이의 사이펀의 평면도를 도시한다.
도 12 는 도 11 의 사이펀의 사시도를 도시한다.
도 13 은 도 11 의 사이펀의 단면도의 평면도를 도시한다.
도 14 는 자동 분석기의 일 실시예를 도시한다.
도 15 는 도 14 의 자동 분석기를 작동하는 방법을 나타내는 순서도를 도시한다.
도면들에서 동일한 도면부호는 균등의 요소들이거나 동일한 기능을 실시한다. 미리 설명된 요소들은, 그 기능이 상응한다면, 후속의 도면들에서 반드시 설명되는 것은 아니다.
이종 면역화학 검사들에 대해서, 세정 완충제는 종종 시험 감도 및 재생산성을 증가시키기 위해서 분리 또는 세정 단계들을 실시할 필요가 있다. 임상 화학 시험들에 대해서 완충제들은 종종 샘플 희석 또는 생화학적 반응들을 필요로 한다. POC (Point of Care) 일회용품들 (disposables) 을 위한 RiliBAEK (Richtlinie der Bundesaerztekammer) 가이드라인에 따르면, 모든 액체 시약들은 일회용품에 선 저장되어야 한다. 이러한 선 저장 용기들로부터, 배출된 유체 용적은 통상적으로 한번에 배출된다. 유체 용적을 분취물들로 분리해야 한다면, 복잡한 공간 소모적인 미세유체 구조물이 필요하다. 이러한 공간 소모는 패널들용 평행한 미세유체 구조물을 미세유체 일회용품들로의 이행을 종종 방해한다.
추가로, 사이펀들처럼 디스크 포맷의 일회용품들용으로 통상 사용되는 밸브들, 기하학적 밸브들 또는 소수성 밸브들은 한번만 사용될 수 있거나 사이펀들의 특정 변형예들은 여러 번 사용될 수 있지만 상호 연결된 챔버에서 유체 용적은 이 용적을 분취물들로 분리시킬 가능성 없이 밸브를 통하여 완전히 전달된다. 따라서, 선행 기술의 밸브들에 의해서, 선 저장 용기로부터의 유체 용적을 사이펀 밸브의 특징을 가진 미세유체 공동으로 배출하고 이 용적을 여러 개의 분취물들로 분리할 수 없다.
기하학적 밸브들의 단점은, 표면 장력이 감소된 유체의 제어가 가능하지 않다는 것이다. 이는 특히 세정 완충제들에 있어서 사실이다.
소수성 밸브들을 사용하는 단점은, 표면 장력이 감소된 유체의 제어가 가능하지 않다는 것이다. 이는 특히 세정 완충제들에 있어서 사실이다. 소수성 밸브들은 또한 한번만 사용될 수 있는 단점을 가진다.
선행 기술의 사이펀들의 단점은, 이 선행 기술의 사이펀들이 한번만 충전될 수 있다는 것이다. 사이펀을 사용한 후에 이 사이펀에 잔류하는 기포들이 사이펀의 두번째 충전을 방해한다. 추가로, 사이펀들은 분취 챔버로부터의 사이펀의 반경방향 내부로 위치된 유체 용적 전부를 하류측 유체 요소로 전달한다. 분취 챔버를 또한 상류측 챔버라고 할 수 있다.
실시예들은, 사이펀의 굽힘부에서 통기구로부터의 공기 또는 기포는 사이펀내의 이러한 유체를 2 개의 부분들로 분리시키는 장점을 가질 수 있다. 각 부분은 규정된 용적을 가진다. 일부는 하류측 유체 요소로 전달되고, 다른 부분은 상류측 챔버로 전달된다. 통기구는 선행 기술의 시스템들처럼 좁은 채널을 통하여 사이펀에 연결되지 않는다. 대신에, 통기구는 사이펀에 반경방향 내부로 배향된 사이펀의 완전 상승하는 아암을 따라서 모두 접촉하게 된다. 사이펀의 상승하는 아암은 분취 챔버와 접촉하는 사이펀의 일부이고 그리고 회전축으로부터 사이펀의 다른 지점들과 굽힘부 사이에 있다. 벽은 사이펀으로부터 통기구를 분리시키지 않는다. 따라서, 사이펀에서 발생하는 기포는 통기구에 최적으로 전달될 수 있다. 이는 사이펀 통기구의 재충전을 가능하게 할 수 있다.
도 1 은 카트리지 (100) 의 일 실시예를 도시한다. 카트리지는 플랫하고 디스크 형상이며 회전축 (102) 을 가진 것으로 도시된다. 유체를 수용하도록 되어 있거나 작동가능한 유체 챔버 (104) 가 있다. 유체 (107) 로 충전된 유체 저장기 (106) 는 이러한 실시예에서 천공가능한 밀봉부 (108) 로 밀봉되고 그리고 유체 챔버 (104) 의 벽에 천공 요소 (110) 가 있다. 유체 저장기는, 천공가능한 밀봉부 (108) 를 천공 요소 (110) 와 접촉시키는 액츄에이터와 같은 장치에 의해 또는 수동적으로 조절될 수 있는 다수의 결합 표면들 또는 저장기 개방 요소들 (112) 을 가진다. 그러면, 이는 유체 챔버 (104) 를 유체 (107) 로 충전시킨다. 유체 챔버 (104) 는 덕트 (114) 에 연결되어 도시된다. 덕트 (114) 는 분취 챔버 (116) 에 연결된다. 디스크 (100) 가 회전축 (102) 을 중심으로 회전되면, 원심력은 유체 (107) 를 덕트 (114) 를 통하여 가압한다. 그러면, 이는 분취 챔버 (116) 를 유체 (107) 로 충전시킨다.
분취 챔버 (116) 는 사이펀 (118) 에 연결되는 것으로 도시된다. 사이펀 (118) 과 분취 챔버 (116) 사이에는 경계부 (128) 가 있다. 이는 사이펀 입구이다. 사이펀 (118) 은 굽힘부 형상의 구조물 (120) 을 포함하고, 이 구조물은 회전축 (102) 에 가장 근접한 사이펀 (118) 부분이다. 사이펀 (118) 은 경계부 (128) 를 따라서 모두 분취 챔버 (116) 로 개방된다. 상기 실시예에서, 사이펀 (118) 은 굽힘부에서부터 분취 챔버 (116) 의 최저 지점 (122) 까지 내내 연장되어 도시될 수 있다. 최저 지점 (122) 은 회전축 (102) 으로부터 가장 먼 분취 챔버 (116) 의 지점이다. 하지만 이는 단지 실시예이다. 사이펀 (118) 은 이 사이펀이 최저 지점 (122) 까지 내내 연장되지 않도록 다르게 구성될 수 있다. 이러한 경우에, 사용중에 분취 챔버 (116) 내에 잔류하는 일부 유체 (107) 가 있을 수 있다. 상기 실시예에서, 분취 챔버 (116) 는 하부 (124) 와 상부 (126) 를 가지도록 도시된다. 상기 실시예에서, 분취 챔버 (116) 는 디스크의 평면에 정렬된 평면 형상으로 놓여진다. 회전축은 평면에 수직하다. 상부 (126) 와 하부 (124) 는, 회전축 (102) 을 따라서 측정하면 상이한 폭을 가질 수 있다. 분취 챔버 (116) 의 상부에는 통기구 (130) 가 있다. 분취 챔버 (116) 에는 여분의 유체 컨테이너 (132) 가 부착된다. 이는 선택적인 요소이다.
사이펀 (118) 은 하류측 유체 요소 (134) 안으로 사이펀 출구 (133) 를 가지도록 도시된다. 사이펀 출구 (133) 는 모세관 정지 밸브로서 기능할 수 있다. 하류측 유체 요소 (134) 는 생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위한 유체 구조물 (136) 의 일부이다. 사이펀 (118) 은 특징적인 폭 또는 직경을 가진다. 사이펀 (118) 의 특징적인 폭 또는 직경은 경계부 (128) 를 따라서 분취 챔버 (116) 의 폭보다 작다. 유체 구조물 (136) 은 다양한 덕트들과 사이펀들 (140) 에 의해 연결되는 다수의 유체 요소들 (138) 을 포함한다. 또한 유체 구조물 (136) 내에는 다수의 통기구들 (142) 이 있다. 이러한 실시예에서 생물학적 샘플을 유체 구조물 (136) 안으로 배치시킬 수 있는 개구 (146) 가 있다. 또한 개구 (146) 를 폐쇄 및 밀봉시키는데 사용되는 커버 리드 (148) 가 있다. 유체 구조물 (136) 은 또한 측정 시스템을 사용하여 생물학적 샘플상에서 측정을 허용하는 측정 구조물 (144) 을 포함한다.
측정 시스템은 예를 들어 광학적, 전기적 또는 처리된 생물학적 샘플상에서 측정을 실시하기 위한 2 개의 시스템의 조합일 수 있다.
생물학적 샘플의 처리는 회전축을 중심으로 하는 회전 속도와 기간을 제어함으로써 제어될 수 있다. 사이펀들 (118, 140) 은 모세관 작용을 사용하여 자동적으로 충전되도록 구성된다. 하지만, 회전축 (102) 을 중심으로 하는 충분히 큰 회전 속도는 모세관 작용에 대항하는 원심력을 형성한다. 따라서, 회전 속도 및 특정 속도에서 회전 기간을 제어함으로써, 생물학적 샘플의 처리 또한 분취 챔버 (116) 에서 하류측 유체 요소 (134) 로의 유체 유동은 제어될 수 있다. 통상의 용도에서, 생물학적 샘플은 입구 (146) 에 배치될 수 있고, 시스템의 회전 속도는 제어될 수 있다. 그러면, 일부 지점에서, 액츄에이터 또는 다른 기계적 수단은, 저장기 개방 요소를 조절하는데 사용되고 그리고 천공 요소 (110) 가 천공가능한 밀봉부 (108) 를 천공시키도록 한다. 그러면, 회전은 분취 챔버안으로 유체를 가압할 수 있고, 카트리지 (100) 를 사용하여 다수의 분취들을 실시하는데 다양한 회전 속도를 사용할 수 있다.
도 2 ~ 도 8 은 유체 (107) 의 다수의 분취물들을 제공하는데 분취 챔버 (116) 가 사용될 수 있는 방법을 설명하는데 사용된다. 이 실시예에서, 커버 리드 (148) 는 개방되어 도시된다. 하지만, 카트리지가 회전축 (102) 을 중심으로 회전되면, 커버 리드 (148) 는 폐쇄된다.
또한, 도 2 ~ 도 8 에서 천공가능한 밀봉부 (108) 는 파열되지 않고 도시된다. 실제로, 밀봉부는 파열되었다.
도 2 에서는 분취 프로세스의 시작을 도시한다. 유체 (107) 는 분취 챔버 (116) 안으로 배출되었다. 유체 (107) 는 사이펀 (118) 과 분취 챔버 (116) 의 일부를 충전하여 도시된다. 디스크 (100) 는 회전축 (102) 을 중심으로 충분히 큰 속도에서 회전하여, 원심력은 사이펀 (118) 에서 모세관 작용과 균형을 이루고, 유체 (107) 는 분취 챔버 (116) 및 이 분취 챔버 (116) 근방의 사이펀 (118) 의 반경방향 외부에 잔류한다. 유체 (107) 는 예를 들어 유체 저장기 (106) 로부터의 세정 완충제 또는 시약들일 수 있다.
그 후 도 3 에서, 카트리지의 회전 속도는 느려지고, 유체 (107) 는 사이펀 (118) 을 통하여 하류측 유체 요소 (134) 로 이동하는 것으로 보여질 수 있다. 유체 (107) 는 하류측 유체 요소 (134) 에 유입하지 않는데, 유체 (107) 가 어떠한 추가의 힘 없이 하류측 유체 챔버 (136) 에 유입하는 것을 방지하는 모세관 밸브로서 사이펀 출구 (133) 가 기능하기 때문이다.
도 4 에서 회전축 (102) 을 중심으로 하는 회전 속도가 증가되고, 카트리지는 더 높은 속도에서 스핀한다. 이는 사이펀 (118) 과 하류측 챔버 (134) 사이의 모세관 밸브에서 모세관력들을 극복하는 증가하는 원심력이 이제 유체를 하류측 유체 챔버 (134) 에 유입시킨다. 유체가 사이펀에서부터 하류측 유체 챔버 (134) 안으로 (또한 분취 챔버 (116) 로 다시) 전달됨에 따라, 기포 또는 소정량의 공기 (404) 는 굽힘부 (120) 에서 유입한다. 굽힘부 (120) 는 분취 챔버 (116) 에 개방되어 공기가 이 지점에서 가압될 수 있다. 즉, 사이펀용 입구는 굽힘부에서부터 분취 챔버의 하부까지 내내 연장된다. 굽힘부가 분취 챔버에서 공기에 노출되기 때문에, 이는 기포가 굽힘부에 정확하게 형성될 수 있도록 하고 그리고 유체가 2 개의 부분들로 분리되도록 한다.
그러면, 원심력은 유체 (107) 를 유체의 제 1 부분 (400) 과 잔류부 (402) 로 분리시킨다. 그러면, 원심력은 제 1 부분 (400) 을 사이펀 출구 (133) 를 통하여 하류측 유체 요소 (134) 안으로 운반하고 그리고 잔류 부분 (402) 을 다시 분취 챔버 (116) 안으로 운반한다.
도 5 에서는, 원심력이 유체 (400) 의 제 1 부분을 하류측 유체 요소 (134) 안으로 밀고 그리고 잔류 부분 (402) 을 분취 챔버 (116) 안으로 민 후에 카트리지 (100) 를 도시한다.
도 6, 도 7, 및 도 8 에서는 이러한 프로세스를 반복할 수 있는 방법을 도시한다. 유체 (400) 의 제 1 부분이 다음에 도 6 에서 소모되거나 사용된 후에, 카트리지 (100) 의 회전 속도는 느려진다. 그러면, 모세관 작용은 다시 유체 (107) 를 가압하여 도 3 에서 전술한 바와 같이 사이펀 (118) 안으로 유동하여 이 사이펀을 충전한다. 유체의 다른 부분을 하류측 유체 챔버 (134) 안으로 전달하기 위해서, 그 후에 회전축 (102) 을 중심으로 하는 회전 속도는 다시 증가되어, 원심력은 사이펀 (118) 의 유체를 두 부분들, 제 2 부분 (700) 과 잔류 부분 (402) 으로 분리시킨다. 사이펀에서 유체의 분리는 도 4 에 이미 도시되어 있다. 제 2 분취를 실시하는 것은 도 7 에 도시되어 있다. 이러한 프로세스는 분취 챔버 (116) 내에 유체 (107) 가 있는 한 반복될 수 있다.
유체 (700, 402) 가 분리된 후에는 도 8 에서 이들이 하는 것을 볼 수 있다. 이는 도 5 에 도시된 프로세스의 반복을 도시한다.
도 9 에서는 도 1 의 유체 저장기 (106) 및 유체 챔버 (104) 를 보다 자세히 도시한다.
도 10 에서는, 천공가능한 밀봉부 (108) 가 천공 요소 (110) 에 대하여 가압되도록 결합면 또는 저장기 개방 요소 (112) 가 작동되는 것을 제외하고 도 9 와 동일한 도면을 도시한다. 이는 유체 저장기 (106) 로부터 유체를 배출시킨다.
도 11 은 도 1 에 도시된 바와 유사하게 분취 챔버 (116), 사이펀 (118), 및 하류측 유체 요소 (134) 를 도시한다. 하지만, 이 실시예에서, 사이펀 (118) 은 상이한 구성을 가진다. 사이펀 (118) 은 2 개의 채널을 포함한다. 메인 사이펀 채널 (1102) 및 공기 통기 채널 (1100) 이 있다. 상기 사이펀 (118) 과 도 1 에 도시된 사이펀간의 차이는, 추가의 공기 통기 채널 (1100) 이 사이펀 (118) 을 통하여 공기가 다시 통과하도록 하는 장소를 제공한다는 것이다. 이러한 변형된 사이펀 (118) 은 기포들이 사이펀 (118) 을 막지 않도록 구성된다. 이는, 유체 (107) 의 다수의 분취들을 형성하기 위해 분취 챔버 (116) 의 사용을 향상시킨다. 도 11 의 도면은 평면도이다.
도 12 는 대신에 사시도를 도시한 것을 제외하고 도 11 에 도시된 바와 동일한 구조물을 도시한다.
도 13 은 도 11 에 도시된 바와 동일한 도면을 도시한다. 하지만, 제 1 단면 라인 AA (1300) 및 제 2 단면 라인 BB (1302) 이 도시되어 있다. 라인 A-A (1300) 을 가로질러 제 1 단면도는 도면부호 1304 로 도시된다. 제 2 단면도 B-B 는 단면도 1306 으로 도시된다. 이러한 단면도들에서, 사이펀 채널 (1102) 과 공기 통기 채널 (1100) 은 구별되어 도시될 수 있다. 단면 B-B 에서, 분취 챔버 (116) 옆에서 사이펀 (118) 을 볼 수 있다. 또한, 이 도면에서, 공기 통기 채널 (1310) 의 상대 폭들, 사이펀 폭 (1308) 및 경계부 (128) 에서의 최소 폭 (1312) 을 또한 볼 수 있다.
도 14 는 자동 분석기의 일예를 도시한다. 자동 분석기 (1400) 는 카트리지 (100) 를 수용하도록 되어 있다. 회전축 (102) 을 중심으로 카트리지 (100) 를 회전시키도록 작동가능한 카트리지 스피너 (1400) 가 있다. 카트리지 스피너 (1402) 는 카트리지 (1408) 의 일부에 부착되는 파지기 (1406) 에 부착된 모터 (1404) 를 가진다. 카트리지 (100) 는 측정 또는 투명 구조물 (1410) 을 가지도록 추가로 도시된다. 카트리지 (100) 는, 측정 구조물 (1410) 이 측정 시스템 (1412) 의 전방에 가도록 회전될 수 있고, 이 측정 시스템은 예를 들어 처리된 생물학적 샘플에 대한 광학 측정을 실시할 수 있다. 이전에 도시된 바와 같이 액츄에이터 (1404) 는 이 도면에 또한 도시된다. 이 액츄에이터는 카트리지 (100) 에서 유체 저장기들을 개방시키는데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 액츄에이터는 카트리지 (100) 의 유체 챔버를 충전하기 위한 투여 니들을 가진 분배기로 교체될 수있다.
액츄에이터 (1411), 카트리지 스피너 (1402), 및 측정 시스템 (1412) 은 제어기 (1414) 의 하드웨어 인터페이스 (1416) 에 전부 연결되어 도시된다. 제어기 (1414) 는 하드웨어 인터페이스 (1416), 전자 저장장치 (1420), 전자 메모리 (1422), 및 네트워크 인터페이스 (1424) 와 연통하는 처리기 (1418) 를 포함한다. 전자 메모리 (1430) 는 처리기 (1418) 가 자동 분석기 (1400) 의 작동과 기능을 제어할 수 있는 머신 실행가능 명령들을 가진다. 전자 저장장치 (1420) 는 처리기 (1418) 에 의해 명령들 (1430) 이 실행되었을 때 획득되는 측정 (1432) 을 포함하여 도시된다. 네트워크 인터페이스 (1424) 는 처리기 (1418) 가 네트워크 인터페이스 (1426) 를 통하여 측정 (1432) 을 연구실 정보 시스템 (1428) 에 송신할 수 있도록 한다.
도 15 는 도 14 의 자동 분석기 (1400) 를 사용 또는 작동시키는 방법을 도시하는 순서도를 도시한다. 먼저 단계 1500 에서, 생물학적 샘플은 유체 구조물에 배치된다. 예를 들어, 카트리지 (100) 를 사용할 때, 이는 개구 (146) 에 유체 또는 다른 생물학적 샘플을 추가하는 것과 그 후에 커버 (148) 를 폐쇄하는 것을 포함할 수 있다. 다음에 단계 1502 에서, 처리기 (1418) 는 유체 구조물 (136) 을 사용하여 생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위해 상이한 시간 동안 가변 회전 속도에서 카트리지 (100) 를 회전시키도록 모터 (1404) 를 제어한다. 다음에 단계 1504 에서, 유체 챔버 (104) 는 유체 (107) 로 충전된다. 이는, 특별하게 구성된 유체 챔버 또는 유체 챔버용 수용기에 투여 니들을 삽입함으로써 실시될 수 있거나 유체 챔버 (104) 내에 있거나 유체 챔버에 연결되는 저장기 (106) 를 개방함으로써 도 1 에 도시된 바와 같이 실시될 수 있다.
다음에 단계 1506 에서, 처리기는 유체 챔버로부터의 유체를 덕트를 통하여 분취 챔버로 운반하기 위해 카트리지의 회전 속도를 제어하도록 모터 (1404) 를 제어한다. 카트리지 (100) 의 회전은, 유체가 덕트 (114) 를 통하여 분취 챔버안으로 통과하도록 하는 원심력을 유발한다. 다음에 단계 1508 에서, 처리기 (1418) 는 모터 (1404) 를 제어함으로서 카트리지의 회전 속도를 다시 제어한다. 이는, 카트리지의 회전 속도를 저감시키는 것 또는 심지어 분취 챔버 (116) 내의 유체에 작용하는 회전력과 함께 카트리지의 회전을 정지시키는 것을 포함할 수 있다. 이는 사이펀 (118) 이 처음에 유체로 충전되도록 한다. 다음에 단계 1510 에서, 처리기 (1418) 는 카트리지의 회전 속도가 증가하도록 모터 (1404) 를 제어한다. 이는, 유체의 제 1 부분, 사이펀 출구 (133) 와 굽힘부 (120) 사이의 유체가 하류측 유체 요소 (134) 에 유입하도록 한다. 카트리지의 회전 속도에서의 증가는 공기가 굽힘부에서 사이펀에 유입하도록 한다. 회전 속도에서의 증가는 또한 모세관 정지 밸브로서 기능하는 사이펀 출구를 통하여 유체를 가압한다.
다음에 단계 1512 에서, 두번째에 사이펀이 분취 챔버로부터 하류측 유체 요소로의 유체로 충전되도록 카트리지의 회전 속도가 제어된다. 이는 카트리지 (100) 의 회전 속도를 저감시키는 것을 포함할 수 있다.
다음에 단계 1514 에서, 처리기 (1418) 는 모터 (1404) 를 제어하여, 사이펀으로부터의 유체의 제 2 부분을 하류측 유체 요소에 전달하도록 카트리지의 회전 속도가 증가한다. 카트리지의 회전 속도에서의 증가는 공기가 굽힘부 (120) 에서 사이펀에 유입하도록 한다. 하류측 유체 요소 (134) 에 전달된 유체의 양은 사이펀 출구 (133) 와 굽힘부 (120) 사이의 사이펀에서 유체의 용적에 의해 규정된다. 이러한 프로세스들은 계량된 양의 유체를 하류측 유체 요소에 제어가능하게 전달하기 위해 여러 번 반복될 수 있다.
마지막으로, 단계 1516 에서, 처리기 (1418) 는 측정 시스템 (1412) 을 사용하여 측정 구조물 (1410) 을 사용한 측정을 실시하도록 측정 시스템 (1412) 을 제어한다.
도 15 의 방법은 도 2 ~ 도 8 에 필적가능하다. 도 2 는 단계 1506 에 대응한다. 도 3 은 단계 1508 에 대응한다. 도 4 및 도 5 는 단계 1510 에 대응한다. 도 6 은 단계 1512 에 대응한다. 도 7 및 도 8 은 단계 1514 에 대응한다.
100 : 카트리지
102 : 회전축
104 : 유체 챔버
106 : 유체를 가진 유체 저장기
107 : 유체
108 : 천공가능한 밀봉부
110 : 천공 요소
112 : 결합면 또는 저장기 개방 요소
114 : 덕트
116 : 분취 챔버
118 : 사이펀
120 : 굽힘부
122 : 최저 지점
124 : 하부
126 : 상부
128 : 사이펀과 분취 챔버 사이의 경계부
130 : 통기구
132 : 여분의 유체 컨테이너
133 : 사이펀 출구
134 : 하류측 유체 요소
136 : 유체 구조물
138 : 유체 요소
140 : 사이펀
142 : 통기구
144 : 측정 구조물
146 : 개구
148 : 커버 리드
400 : 유체의 제 1 부분
402 : 유체의 잔류부
404 : 공기
700 : 유체의 제 2 부분
1100 : 공기 통기 채널
1102 : 메인 사이펀 채널
1300 : 제 1 단면 라인 A-A
1302 : 제 2 단면 라인 B-B
1304 : 제 1 단면 라인에서 단면도
1306 : 제 2 단면 라인에서 단면도
1308 : 사이펀 폭
1310 : 공기 통기 채널 폭
1312 : 경계부 (28) 에서 최소 폭
1400 : 자동 분석기
1402 : 카트리지 스피너
1404 : 모터
1406 : 파지기
1408 : 카트리지 부분
1410 : 측정 구조물
1411 : 액츄에이터
1412 : 측정 시스템
1414 : 제어기
1416 : 하드웨어 인터페이스
1418 : 처리기
1420 : 전자 저장장치
1422 : 전자 메모리
1424 : 네트워크 인터페이스
1426 : 네트워크 접속
1428 : 연구실 정보 시스템
1430 : 실행가능 명령들
1432 : 측정
1500 : 생물학적 샘플을 유체 구조물에 배치
1502 : 유체 구조물을 사용하여 생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하도록 카트리지의 회전 속도 제어
1504 : 유체로 유체 챔버 충전
1506 : 유체 챔버로부터의 유체를 덕트를 통하여 분취 챔버까지 운반하기 위해 카트리지의 회전 속도 제어
1508 : 분취 챔버로부터의 유체의 제 1 부분을 하류측 유체 요소까지 전달하도록 카트리지의 회전 속도 제어
1510 : 분취 챔버로부터의 유체의 제 1 부분을 하류측 유체 요소까지의 전달을 정지하도록 카트리지의 회전 속도를 증가시키도록 제어
1512 : 분취 챔버로부터의 유체의 적어도 제 2 부분을 하류측 유체 요소까지 전달하도록 카트리지의 회전 속도 제어
1514 : 분취 챔버로부터의 유체의 제 2 부분을 하류측 유체 요소까지의 전달을 정지하도록 카트리지의 회전 속도를 증가시키도록 제어
1516 : 측정 구조물을 사용하여 그리고 측정 시스템을 사용하여 측정 실시

Claims (16)

  1. 카트리지 (100) 를 사용하여 처리된 생물학적 샘플의 측정 (1432) 을 실시하는 방법으로서,
    상기 카트리지는 회전축 (102) 을 중심으로 스핀되도록 작동가능하며,
    상기 카트리지는,
    - 유체 (107) 를 수용하기 위한 유체 챔버 (104),
    - 분취 챔버 (116),
    - 상기 유체 챔버와 상기 분취 챔버를 연결하는 덕트 (114),
    - 하류측 유체 요소 (134),
    - 상기 분취 챔버로부터의 유체를 상기 하류측 유체 요소로 사이퍼닝하기 위한 사이펀 (118) 으로서, 상기 사이펀은 상기 분취 챔버안으로의 사이펀 입구 (128) 를 포함하고, 상기 사이펀은 상기 하류측 유체 요소안으로의 사이펀 출구 (133) 를 더 포함하며, 상기 사이펀은 굽힘부 (120) 를 포함하고, 상기 굽힘부는 상기 회전축에 가장 근접한 상기 사이펀 부분이며, 상기 사이펀 입구는 상기 굽힘부에서부터 상기 분취 챔버의 하부 (124) 까지 연장되며, 상기 하부는 상기 굽힘부보다 상기 회전축으로부터 더 멀고, 상기 분취 챔버는 상기 사이펀 (128) 에 인접하여 최소 폭 (1312) 을 가지며, 상기 사이펀은 사이펀 폭 (1310) 을 가지고, 상기 사이펀 폭은 상기 분취 챔버의 최소 폭보다 작은, 상기 사이펀 (118), 및
    - 생물학적 샘플을 상기 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위한 유체 구조물 (136) 로서, 상기 유체 구조물은 상기 하류측 유체 요소를 포함하고, 상기 하류측 유체 요소는 상기 유체 구조물에 유체 연결되며, 상기 유체 구조물은 상기 처리된 생물학적 샘플의 측정을 가능하게 하는 측정 구조물 (144, 1410) 을 포함하고, 상기 유체 구조물은 상기 생물학적 샘플을 수용하도록 구성되는, 상기 유체 구조물 (136) 을 포함하고,
    상기 방법은,
    - 상기 생물학적 샘플을 상기 유체 구조물에 배치하는 단계 (1500),
    - 상기 유체 구조물을 사용하여 상기 생물학적 샘플을 상기 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위해 상기 카트리지의 회전 속도를 제어하는 단계 (1502),
    - 상기 유체로 상기 유체 챔버를 충전하는 단계 (1504),
    - 상기 유체 챔버로부터의 유체를 상기 덕트를 통하여 상기 분취 챔버까지 운반하기 위해 상기 카트리지의 회전 속도를 제어하는 단계 (1506),
    - 첫번째에 상기 유체로 상기 사이펀을 충전하도록 상기 카트리지의 상기 회전 속도를 제어하는 단계 (1508),
    - 상기 사이펀에서의 유체의 제 1 부분을 상기 하류측 유체 요소에 전달하도록 상기 카트리지의 회전 속도를 증가시키도록 제어하는 단계 (1510) 로서, 상기 카트리지의 회전 속도에서의 증가는 상기 굽힘부에서 공기 (404) 를 상기 사이펀에 유입시키며, 상기 카트리지의 회전 속도에서의 상기 증가는 상기 사이펀 출구를 통하여 상기 유체의 제 1 부분을 가압하는, 상기 상기 카트리지의 회전 속도를 증가시키도록 제어하는 단계 (1510),
    - 두번째에 상기 유체로 상기 사이펀을 충전하도록 상기 카트리지의 회전 속도를 제어하는 단계 (1512),
    - 상기 사이펀에서의 상기 유체의 제 2 부분을 상기 하류측 유체 요소에 전달하도록 상기 카트리지의 회전 속도를 증가시키도록 제어하는 단계 (1514) 로서, 상기 카트리지의 회전 속도에서의 상기 증가는 상기 굽힘부에서 공기를 상기 사이펀에 유입시키며, 상기 카트리지의 회전 속도에서의 상기 증가는 상기 사이펀 출구를 통하여 상기 유체의 제 2 부분을 가압하고, 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분은 동일한 용적을 가지는, 상기 상기 카트리지의 회전 속도를 증가시키도록 제어하는 단계 (1514), 및
    - 상기 측정 구조물을 사용하여 그리고 측정 시스템을 사용하여 상기 측정을 실시하는 단계 (1516) 를 포함하는, 카트리지 (100) 를 사용하여 처리된 생물학적 샘플의 측정 (1432) 을 실시하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 카트리지는 상기 유체로 충전된 저장기 (106) 를 더 포함하고, 상기 저장기는 개방되고 그리고 상기 유체를 상기 유체 챔버에 전달하도록 구성되는, 카트리지 (100) 를 사용하여 처리된 생물학적 샘플의 측정 (1432) 을 실시하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 사이펀은 모세관 작용을 사용하여 유체를 상기 하류측 유체 요소에 유동시키도록 작동가능한, 카트리지 (100) 를 사용하여 처리된 생물학적 샘플의 측정 (1432) 을 실시하는 방법.
  4. 자동 분석기 (1400) 용 카트리지 (100) 로서,
    상기 카트리지는 회전축 (102) 을 중심으로 스핀되도록 작동가능하며,
    상기 카트리지는,
    - 유체 (107) 를 수용하기 위한 유체 챔버 (104),
    - 분취 챔버 (116),
    - 상기 유체 챔버와 상기 분취 챔버를 연결하는 덕트 (114),
    - 하류측 유체 요소 (134),
    - 상기 분취 챔버로부터의 유체를 상기 하류측 유체 요소로 사이퍼닝하기 위한 사이펀 (114) 으로서, 상기 사이펀은 상기 분취 챔버에서 사이펀 입구 (128) 를 포함하고, 상기 사이펀은 상기 하류측 유체 요소에서 사이펀 출구 (133) 를 더 포함하며, 상기 사이펀은 굽힘부 (120) 를 포함하고, 상기 굽힘부는 상기 회전축에 가장 근접한 상기 사이펀 부분이며, 상기 사이펀 입구는 상기 굽힘부에서부터 상기 분취 챔버의 하부까지 연장되며, 상기 하부는 상기 굽힘부보다 상기 회전축으로부터 더 멀고, 상기 분취 챔버는 상기 사이펀 (128) 에 인접한 최소 폭 (1312) 을 가지며, 상기 사이펀은 사이펀 폭 (1310) 을 가지고, 상기 사이펀 폭은 상기 분취 챔버의 최소 폭보다 작은, 상기 사이펀 (114), 및
    - 생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위한 유체 구조물 (136) 로서, 상기 유체 구조물은 상기 하류측 유체 요소를 포함하고, 상기 하류측 유체 요소는 상기 유체 구조물에 유체 연결 (140) 되며, 상기 유체 구조물은 상기 처리된 생물학적 샘플의 측정을 가능하게 하는 측정 구조물 (144, 1410) 을 포함하고, 상기 유체 구조물은 상기 생물학적 샘플을 수용하도록 구성되는, 상기 유체 구조물 (136) 을 포함하는, 자동 분석기 (1400) 용 카트리지 (100).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 분취 챔버는 최저 지점 (122) 을 포함하고, 상기 최저 지점은 상기 회전축으로부터 가장 먼 상기 분취 챔버의 위치이며, 상기 사이펀 입구는 상기 최저 지점까지 연장되는, 자동 분석기 (1400) 용 카트리지 (100).
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 유체 챔버 또는 상기 유체 챔버에 연결된 유체 수용 구조물은 유체를 상기 유체 챔버에 분배하기 위한 투여 니들을 수용하도록 구성되는, 자동 분석기 (1400) 용 카트리지 (100).
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체는 이하: 분산물, 나노입자들을 포함하는 유체, 혈액형 판정 시약을 포함하는 유체, 면역 시약을 포함하는 유체, 항체를 포함하는 유체, 효소를 포함하는 유체, 효소 반응을 위한 1 개 이상의 기재들을 포함하는 유체, 형광 발광 분자들을 포함하는 유체, 면역화학 반응을 측정하기 위한 분자들을 포함하는 유체, 핵산의 반응을 측정하기 위한 분자들을 포함하는 유체, 재조합 단백질을 포함하는 유체, 바이러스 격리물을 포함하는 유체, 바이러스를 포함하는 유체, 생화학적 시약을 포함하는 유체, 용제, 희석제, 완충제, 단백질을 포함하는 유체, 염을 포함하는 유체, 세제, 핵산을 포함하는 유체를 포함하는 유체, 산을 포함하는 유체, 염기를 포함하는 유체, 수용액, 비수용액 및 이들의 조합물 중 어떠한 하나인, 자동 분석기 (1400) 용 카트리지 (100).
  8. 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사이펀 폭은 100 마이크로미터 ~ 500 마이크로미터인, 자동 분석기 (1400) 용 카트리지 (100).
  9. 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 구조물은 2 개 이상의 전극들을 포함하고, 상기 측정 시스템은 전극 또는 전기화학발광 시스템인, 자동 분석기 (1400) 용 카트리지 (100).
  10. 제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 구조물은 투명 구조물을 포함하고, 상기 측정 시스템은 광학 측정 시스템인, 자동 분석기 (1400) 용 카트리지 (100).
  11. 제 4 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분취 챔버는 상부 (126) 를 포함하고, 상기 상부는 상기 하부보다 상기 회전축에 더 근접하며, 상기 상부는 상기 굽힘부와 접촉하고, 상기 사이펀 입구는 상기 상부 및 상기 하부로 개방되며, 상기 상부는 제 1 폭을 가지고, 상기 제 1 폭은 상기 사이펀 입구에 인접한 상기 상부의 폭이며, 상기 하부는 제 2 폭을 가지고, 상기 제 2 폭은 상기 사이펀 입구에 인접한 상기 하부의 폭이며, 상기 제 2 폭은 상기 제 1 폭보다 더 크고, 상기 제 1 폭은 최소 폭이며, 상기 사이펀 폭은 상기 제 1 폭보다 작은, 자동 분석기 (1400) 용 카트리지 (100).
  12. 제 4 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 카트리지는 상기 분취 챔버에 연결된 여분의 유체 컨테이너 (132) 를 더 포함하는, 자동 분석기 (1400) 용 카트리지 (100).
  13. 제 4 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분취 챔버는 대기 통기구 (130) 를 포함하는, 자동 분석기 (1400) 용 카트리지 (100).
  14. 제 4 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사이펀은 공기 통기 채널 (1100) 을 포함하는, 자동 분석기 (1400) 용 카트리지 (100).
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 공기 통기 채널의 폭 (1308) 은 상기 사이펀 폭 (1310) 보다 작은, 자동 분석기 (1400) 용 카트리지 (100).
  16. 제 4 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 카트리지를 수용하도록 구성된 자동 분석기로서,
    상기 자동 분석기는 카트리지 스피너 (1402), 측정 시스템 (1412), 및 상기 자동 분석기를 제어하도록 구성된 제어기 (1414) 를 포함하고,
    상기 제어기는,
    - 상기 유체 구조물을 사용하여 상기 생물학적 샘플을 상기 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위해 상기 카트리지 스피너를 제어함으로써 상기 카트리지의 회전 속도를 제어하는 단계 (1502),
    - 유체로 상기 유체 챔버를 충전하는 단계 (1504),
    - 상기 유체 챔버로부터의 유체를 상기 덕트를 통하여 상기 분취 챔버까지 운반하기 위해 상기 카트리지 스피너를 제어함으로써 상기 카트리지의 회전 속도를 제어하는 단계 (1506),
    - 처음에 유체로 사이펀을 충전하도록 상기 카트리지의 회전 속도를 제어하는 단계 (1508),
    - 상기 사이펀으로부터의 유체의 제 1 부분을 상기 하류측 유체 요소에 전달하도록 상기 카트리지의 회전 속도를 증가시키도록 제어하는 단계 (1510) 로서, 상기 카트리지의 회전 속도에서의 증가는 상기 카트리지 스피너를 제어함으로써 상기 굽힘부에서 공기를 상기 사이펀에 유입시키며, 상기 카트리지의 회전 속도에서의 증가는 상기 사이펀 출구를 통하여 상기 유체의 제 1 부분을 가압하는, 상기 상기 카트리지의 회전 속도를 증가시키도록 제어하는 단계 (1510),
    -두번째에 유체로 상기 사이펀을 충전하도록 상기 카트리지의 회전 속도를 제어하는 단계 (1512),
    - 상기 사이펀으로부터의 유체의 제 2 부분을 상기 하류측 유체 요소에 전달하도록 상기 카트리지의 회전 속도를 증가시키도록 제어하는 단계 (1514) 로서, 상기 카트리지의 회전 속도에서의 증가는 상기 카트리지 스피너를 제어함으로써 상기 굽힘부에서 공기를 상기 사이펀에 유입시키며, 상기 카트리지의 회전 속도에서의 증가는 상기 사이펀 출구를 통하여 상기 유체의 제 2 부분을 가압하고, 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분은 동일한 용적을 가지는, 상기 상기 카트리지의 회전 속도를 증가시키도록 제어하는 단계 (1514), 및
    - 상기 측정 시스템을 제어함으로써 상기 측정 구조물을 사용하여 측정을 실시하는 단계 (1516) 를 포함하는, 자동 분석기.
KR1020167031817A 2014-06-06 2015-03-04 생물학적 샘플을 분석하기 위한 회전가능한 카트리지 KR101930610B1 (ko)

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EP14171425.3A EP2952258A1 (en) 2014-06-06 2014-06-06 Rotatable cartridge for analyzing a biological sample
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