KR20180030107A - 샘플 분리 및 수집을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

원심분리 디바이스(200) 및 이용 방법이 제공된다. 원심분리 디바이스는 하우징(202), 챔버(206), 채널(208), 및 커버(222)를 포함한다. 하우징은 제1 포트(204) 및 환기 개구부(212)를 포함하고 하우징의 중심을 통과하는 축(226)을 중심으로 회전되도록 설계된다. 챔버는 하우징 내에 형성되고 제1 포트에 커플링된다. 챔버(206)의 제1 부분은 챔버 내의 제1 위치에서의 제1 폭과 제2 위치에서의 제2 폭 사이에서 테이퍼링되는 폭을 가지며, 제1 폭은 제2 폭보다 넓다. 채널(208)은 챔버의 제2 위치에 커플링되고, 가스가 채널로부터 환기 개구부(212)로 이동하게 하기 위한 경로가 존재하도록 배열된다. 커버(222)는 챔버를 밀봉하는 벽을 제공한다.

Description

샘플 분리 및 수집을 위한 방법 및 장치
본 발명의 실시예는 임상 진단 도구의 분야에 관한 것이다.
전혈(Whole blood)이 체외 진단 연구에서 널리 이용된다. 혈액 테스트는 임상 진단 및 약물 개발을 위한 가치 있는 정보를 제공할 수 있다. 그러나, 대부분의 혈액은 혈장 또는 혈청을 이용하여 분석되는데, 이는 적혈구 및 그 구성 물질(혈액 세포 함유 성분)이 측정을 방해할 수 있기 때문이다. 따라서, 혈청 또는 혈장을 전혈로부터 분리하는 것이 혈액 분석을 위한 전형적인 준비 단계이다.
통상적으로, 혈청 또는 혈장 분리는 상업적으로 입수할 수 있는 벤치-탑 디바이스(bench-top device)를 이용하는 원심 분리에 의해서 실시된다. 이러한 프로세스는 노동력 및 시간 소모적이고, 원심분리 시스템을 작은 현장-간병(point-of-care) 디바이스 내에 통합하는 것은 난제이고 크기-제한된다. 따라서, 현장-간병 디바이스 내로 통합될 수 있는 다른 분리 기술이 개발 중에 있다. 그러한 기술은 전기-삼투 유동, 유체역학적 분리, 음향 힘, 유전 영동(dielectrophoresis) 및 입자 유지의 원리를 기초로 한다. 입자 유지의 분리 원리는 일반적으로, 적혈구가 필터를 통과하는 것을 차단하는, 비대칭적 막에 의존한다. 혈장 여과는 유망한 혈장 분리 방법이나, 극복해야 할 많은 많은 단점 또는 난제를 갖는다. 단점은 필터/막 통합, 막힘, 막으로부터의 혈장 재-수집 및 생체 분자의 바람직하지 못한 여과와 관련된다. 또한, 여과는 시간 소모적이고 적혈구 용적율(hematocrit)이 큰 혈액은 희석되어야 한다.
전기-삼투 유동 및 유체역학적 분리 원리는 마이크로-리터 범위의 분석물 부피를 갖는 미세유체 디바이스를 위해서 사용된다. 그러나, 그러한 기술은 원심분리-기반의 기술보다 낮은 혈장 분리 효율을 나타낸다.
원심분리를 통한 샘플 분리를 위한 방법, 장치, 및 시스템이 제공된다. 원심분리-기반의 혈장 분리를 체외 진단 디바이스 내에 통합하는 것은 크기 제한, 통합 문제 및 저비용 제조로 인해서 난제이다. 본원에서 제공되는 원심분리 디바이스는 전혈로부터의 혈장의 효과적인 분리를 가능하게 하여, 작은 샘플 부피를 이용한다. 예를 들어, 500 마이크로리터 미만의 샘플 부피가 이용될 수 있다. 다른 예에서, 500 마이크로리터 내지 1000 마이크로리터, 또는 1000 마이크로리터 내지 5000 마이크로리터의 샘플 부피가 이용될 수 있다.
실시예에서, 원심분리 디바이스는 하우징, 챔버, 채널, 및 커버를 포함한다. 하우징은 제1 포트 및 환기 개구부(vent opening)를 포함하고 하우징의 중심을 통과하는 축을 중심으로 회전되도록 설계된다. 챔버는 하우징 내에 형성되고 제1 포트에 커플링된다. 챔버의 제1 부분은 챔버 내의 제1 위치에서의 제1 폭과 제2 위치에서의 제2 폭 사이에서 테이퍼링되는(taper) 폭을 가지며, 제1 폭은 제2 폭보다 넓다. 채널은 챔버의 제2 위치에 커플링되고, 가스가 채널로부터 환기 개구부로 이동하게 하기 위한 경로가 존재하도록 배열된다. 커버는 챔버를 밀봉하는 벽을 제공한다.
예시적인 방법이 설명된다. 방법은 제1 포트를 통해서 샘플을 원심분리 챔버 내로 배치하는 단계를 포함하고, 원심분리 챔버는 원통형 하우징 내에 형성된다. 다음에, 제1 포트가 밀봉되어, 어떠한 샘플도 유입구를 통해서 역으로 누출되는 것을 방지한다. 원심분리 챔버는 원통형 하우징의 중심을 통과하는 축을 중심으로 회전된다. 그러한 회전은 챔버 내의 샘플의 분리를 유발하고, 샘플의 제1 부분은 원통형 하우징의 외주를 따라서 연장되는 챔버의 제1 부분 내로 이동되고, 샘플의 제2 부분은 원통형 하우징의 중심을 통과하는 축으로부터 반경방향으로 연장되는 챔버의 제2 부분 내로 이동된다. 그러한 방법은, 원심분리 챔버의 회전을 정지시키는 단계 및 제2 포트를 통해서 샘플의 제2 부분을 추출하는 단계로 계속된다.
다른 실시예에서, 시스템은 원심분리 디바이스, 작동기, 및 추출 디바이스를 포함한다. 원심분리 디바이스는 하우징, 챔버, 채널, 및 커버를 포함한다. 하우징은 제1 포트 및 환기 개구부를 포함하고 하우징의 중심을 통과하는 축을 중심으로 회전되도록 설계된다. 챔버는 하우징 내에 형성되고 제1 포트에 커플링된다. 챔버의 제1 부분은 챔버 내의 제1 위치에서의 제1 폭과 제2 위치에서의 제2 폭 사이에서 테이퍼링되는 폭을 가지며, 제1 폭은 제2 폭보다 넓다. 채널은 챔버의 제2 위치에 커플링되고, 가스가 채널로부터 환기 개구부로 이동하게 하기 위한 경로가 존재하도록 배열된다. 커버는 제2 포트를 구비하며 챔버를 밀봉하는 벽을 제공한다. 작동기는 하우징에 커플링되고 축을 중심으로 하우징을 회전시킨다. 추출 디바이스는 커버에 커플링되고 제2 포트를 통해서 챔버 내의 샘플을 추출한다.
본원에 포함되고 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면이 본 발명의 실시예를 도시하고, 설명과 함께, 본 발명의 원리를 설명하기 위한 그리고 관련 기술 분야의 통상의 기술자가 실시예를 만들고 이용할 수 있게 하기 위한 역할을 추가적으로 한다.
도 1은 실시예에 따른 테스트 카트릿지를 도시한다.
도 2a 내지 도 2d는 일부 실시예에 따른, 원심분리 디바이스의 3-차원적인 도면을 제공한다.
도 3은 실시예에 따른, 원심분리 디바이스의 정면도를 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 일부 실시예에 따른, 원심분리 디바이스용 커버의 도면을 도시한다.
도 5는 실시예에 따른, 원심분리 시스템을 도시한다.
도 6은 예시적인 방법을 도시한다.
첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명할 것이다.
비록 구체적인 구성 및 배열이 설명되지만, 이러한 것은 단지 설명을 위한 것임을 이해하여야 한다. 관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고도, 다른 구성 및 배열이 이용될 수 있다는 것을 알 것이다. 본 발명이 또한 다양한 다른 적용예에서 이용될 수 있다는 것이 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이다.
명세서에서 "일 실시예", "실시예", " 예시적인 실시예" 등에 대한 언급은, 설명된 실시예가 특별한 특징, 구조, 또는 특성을 포함할 수 있으나, 모든 실시예가 그러한 특별한 특징, 구조, 또는 특성을 반드시 포함하지 않을 수도 있다는 것을 주목하여야 한다. 또한, 그러한 문구가 반드시 동일한 실시예를 언급하는 것은 아니다. 또한, 특별한 특징, 구조, 또는 특성이 실시예와 관련하여 설명될 때, 명시적으로 설명되었거나 그렇지 않았거나 간에, 다른 실시예와 함께 그러한 특징, 구조, 또는 특성을 실시하는 것이 관련 기술 분야의 통상의 기술자의 지식에 포함된다는 것을 제시할 것이다.
본원에서 설명된 일부 실시예는 500 μL 미만, 500 μL 내지 1000 μL, 또는 1000 μL 내지 5000 μL의 작은 샘플 부피를 분리하기 위해서 이용되는 원심분리 디바이스에 관한 것이다. 원심분리 디바이스는, 수평 축을 중심으로 회전되도록, 수평 축을 따라서 배향될 수 있다. 일부 실시예에서, 원심분리 디바이스는, 테스트 카트릿지와 같은, 큰 진단 테스팅 시스템과 통합되도록 설계된다. 테스트 카트릿지는 그러한 테스트를 실시하는데 필요한 모든 구성요소를 하나의, 일회용 패키지 내로 통합한다. 테스트 카트릿지는, 테스트 카트릿지 내에서 발생되는 반응과 관련된 데이터를 제공하는 외부 측정 시스템에 의해서 분석되도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 테스트 카트릿지는 각각의 테스트 챔버로 광학적 검출을 실시하기 위한 투명 창을 갖는 복수의 테스트 챔버를 포함한다.
도 1은 실시예에 따른, 테스트 카트릿지 시스템(100)의 예를 도시한다. 테스트 카트릿지 시스템(100)은, 다양한 유체 챔버, 채널, 및 저장용기를 수용할 수 있는 카트릿지 하우징(102)을 포함한다. 샘플은, 실시예에 따라, 샘플 포트(104)를 통해서 카트릿지 하우징(102) 내로 도입될 수 있다. 샘플 포트(104)는, 카트릿지 하우징(102) 내로 통합되는 원심분리 챔버 내로의 개구부일 수 있다. 예를 들어, 혈액 샘플은 샘플 포트(104)를 통해서 원심분리 디바이스 내로 배치될 수 있고, 혈장이 분리될 수 있다. 그 후에, 혈장은 원심분리 디바이스로부터 추출되고 추가적인 분석 및 테스팅을 위해서 테스트 카트릿지 시스템(100)의 다른 챔버 내로 배치될 수 있다. 샘플이 샘플 포트(104) 내로 배치된 후에, 캡(106)을 이용하여 샘플 포트(104)를 밀봉할 수 있다. 비록 캡(106)이 하우징(102)에 연결되고 샘플 포트(104)를 밀봉하기 위해서 하향 회전되는 것으로 도시되어 있지만, 이는 단지 예이고, 관련 기술 분야의 통상의 기술자가 이해할 수 있는 바와 같이 임의의 캡 설계가 이용될 수 있다.
예에서, 샘플 포트(104)는 액체 샘플을 수용하나, 다른 샘플 유형이 또한 이용될 수 있다. 샘플 포트(104)는 또한, 샘플을 카트릿지 하우징(102) 내의 챔버 또는 유체 채널 내로 주입하기 위해서 주사기의 바늘을 수용하도록 설계될 수 있다. 샘플 포트(104)는 또한, VACUTAINER(TM) 계열의 디바이스와 같은, 상용 혈액 수집 디바이스와 양립될 수 있도록 설계될 수 있다.
테스트 카트릿지(100)는 또한 커버(108)에 의해서 보호되는 다른 샘플 유입구를 포함한다. 커버(108)는 부가적인 샘플 유입구에 대한 접근을 허용하도록 제거될 수 있다. 이러한 샘플 유입구는, 원심분리될 필요가 없는 샘플을 도입하기 위해서 이용될 수 있다.
본원의 설명은 원심분리 디바이스의 설계 및 기능에 보다 초점을 맞출 것이다. 테스트 카트릿지 시스템(100)에 관한 추가적인 상세 내용은 함께-계류중인 미국 출원 제13/836,845호에서 찾아볼 수 있을 것이며, 그러한 출원의 개시내용은 그 전체가 본원에서 참조로 포함된다.
도 2a는 실시예에 따른, 원심분리 디바이스(200)의 3-차원적인 렌더링(rendering)을 도시한다. 원심분리 디바이스(200)는 회전 아암(220) 및 커버(222)와 커플링되는 원통형 하우징(202)을 포함한다. 하우징(202)이 본원에서 원통형으로 설명되지만, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 본원에서 설명된 것과 동일한 기능을 유지하는 다른 형상이 이용될 수 있다는 것을 알 것이다. 원통형 하우징(202)은 회전 아암(220)을 통해서 그리고 실질적으로 원통형 하우징(202)의 중심을 통해서 통과하는 축을 중심으로 회전된다. 커버(222)는 원통형 하우징(202) 내의 여러 챔버 및 채널에의 접근을 위해서 제거 가능할 수 있고, 원통형 하우징(202)에 부착될 때 다양한 챔버 및 채널 위에서 밀봉 벽을 제공한다. 다른 실시예에서, 커버(222)는 원통형 하우징(202)에 영구적으로 고정되고, 원통형 하우징(202)의 일체형 부분일 수 있다.
실시예에 따라, 원통형 하우징(202)은 경첩형 연결부(217) 주위를 회전하는 회전 부분(216)을 포함한다. 회전 부분(216)이 개방 회전되어 원심분리 디바이스(200) 내로 샘플을 배치하기 위한 입력 포트(204)를 노출시킬 수 있다. 샘플은 주사기 또는 임의의 다른 적합한 유체 전달 기구를 이용하여 유입구 포트(204)를 통해서 배치될 수 있다. 회전 부분(216)은, 회전 부분(216)이 닫힐 때 유입구 포트(204) 내로 끼워지는(fit) 치수를 갖는 상승된 구조물(218)을 포함할 수 있다. 상승된 구조물(218)은 유입구 포트(204)를 밀봉하여 임의 누출을 방지할 수 있다. 상승된 구조물(218)은, 예를 들어, 유입구 포트(204)의 개구부를 밀봉하기 위해서 중합체 선단부를 갖는 가스켓 설계를 포함할 수 있다.
유입구 포트(204)를 통해서 배치되는 임의의 샘플은 원심분리 챔버(206) 내로 들어간다. 원심분리 챔버(206)는 도 3을 참조하여 더 구체적으로 설명되는 바와 같이 원심분리 중에 샘플의 분리에 도움을 주도록 설계된 곡선형 기하형태를 포함한다. 실시예에 따라, 원심분리 챔버(206)의 일 단부와 환기 채널(208)이 커플링된다. 환기 채널(208)은, 원심분리 챔버(206)로부터 환기 개구부(212)로, 공기와 같은, 가스의 막힘 없는 유동을 제공한다. 원심분리 중에 그리고 분리된 샘플의 추출에 후속하여, 공기와 같은 가스를 환기 개구부(212)를 통해서 외부로 환기할 수 있는 능력은 기포 형성의 감소에 도움을 줄 수 있다.
실시예에서, 수집 챔버(210)는 환기 채널(208)과 환기 개구부(212) 사이에 커플링된다. 수집 챔버(210)는, 샘플이 원심분리 챔버(206)를 충진할 때, 환기 채널(208)을 통해서 샘플을 수용하도록 제공될 수 있다. 샘플이 원심분리 챔버(206)를 충진하지 않은 경우에, 또는 실질적으로 충진하지 않은 경우에, 원심분리 프로세스가 정확하게 작동하지 않을 수 있다. 원심분리 챔버(206) 내에 너무 많은 공기가 포집되는 경우에, 기포가 형성될 수 있다. 따라서, 수집 챔버(210)는, 샘플이 환기 개구부(212)의 외부로 누출될 수 있기 전에, 샘플을 수집하기 위한 보호수단으로서 작용할 수 있다.
실시예에서, 원통형 하우징(202)은, 원심분리 챔버(206)가 샘플로 만충되거나 거의 만충되는 때를 사용자에게 표시하도록 설계된 샘플 표시부(214)를 포함한다. 예를 들어, 샘플 표시부(214)는, 원심분리 챔버(206)가 만충될 때, 특정 색채로 전환될 수 있다. 샘플 표시부(214)가 투명 또는 반-투명하게 제조되어, 샘플이 원심분리 챔버(206)를 완전히 충진한 때를 사용자가 인식하게 할 수 있다.
커버(222)가 원통형 하우징(202)의 일 측면 위에 배치되어, 그 내부에 형성되는 챔버의 하나 이상을 밀봉할 수 있다. 실시예에 따라, 커버(222)는 추출 디바이스에 대한 연결을 허용하기 위한 커플링 구조물(224)을 포함한다. 커플링 구조물(224)의 기부는 원심분리 챔버(206) 내의 분리된 샘플을 추출하기 위한 포트(이러한 도면에 도시되지 않음)를 포함한다. 추출 디바이스는 도 1을 참조하여 앞서서 설명한 테스트 카트릿지의 일부 또는 주사기일 수 있다.
도 2b는, 실시예에 따른, 폐쇄된 원통형 하우징(202)의 회전 부분(216)과 함께 원심분리 디바이스(200)를 도시한다. 내부에 위치된 샘플을 원심분리하기 위해서, 원통형 하우징(202)을 축(226)을 중심으로 회전시킨다. 회전 부분(216)은, 회전되어 닫힌 후에, 회전 부분(216)을 제 위치에서 유지하기 위해서 스냅 기구(228)를 이용할 수 있다. 스냅 기구(228)는 2개의 구조물들 사이의 물리적 교합부를 포함할 수 있거나, 회전 부분(216)을 닫힌 상태로 유지하기 위한 자석을 포함할 수 있다.
도 2c는 원심분리 디바이스(200)와 함께 사용될 수 있는 다양한 구성요소의 분해도를 도시한다. 실시예에서, 회전 아암(220)은 부싱(230a 및 230b)을 통해서 안정화될 수 있고, 부싱은 다시 구조물(230)에 연결된다. 구조물(230)은, 회전 아암(220)을 위한 지지 및 안정화를 제공하는 임의 구조물일 수 있다. 실시예에 따라, 회전 아암(220)의 일 단부가 원심분리 디바이스(200)에 연결되는 한편, 타 단부는 커플링 요소(232)에 연결된다. 커플링 요소(232)는 회전 아암(220)을 구동하기 위한 작동기와의 직접적인 연결을 위해서 이용될 수 있다.
도 2d는 다른 실시예에 따른 원심분리 디바이스(200)의 도면을 제공한다. 명료함을 위해서 구조물(230)을 이러한 도면에 도시하지 않았다. 커버(222)는 상이한 커플링 구조물(234)과 함께 도시되어 있다. 커플링 구조물(234)은, 커버(222)를 통한 포트(미도시)를 경유하여 원심분리 디바이스(200)로부터 샘플을 추출할 때 유체 밀봉부를 형성하기 위해서 이용되는, 가스켓 링 또는 임의의 다른 구조물일 수 있다. 관련 기술 분야의 통상의 기술자는 다른 커플링 구조물 설계를 잘 이해할 것이다.
도 3은 실시예에 따른, 원심분리 디바이스(200)의 정면도를 도시한다. 실질적으로 디바이스의 중심을 통과하는 회전 축(226)이 도시되어 있다. 원심분리 챔버(206)의 기하형태를 이러한 도면에서 보다 용이하게 관찰할 수 있다. 실시예에 따라, 원심분리 챔버(206)는 2개의 섹션: 회전 축(226)에 수직으로 배향되고 반경방향으로 멀리 연장되는 수집 지역(302); 및 원통형 하우징(202)의 외주 주위로 연장되는 후미 지역(304)을 포함한다. 수집 지역(302)은, 수집 지역(302) 내의 분리된 샘플의 축적을 돕기 위해서, 수집 지역(302)의 중심 지역으로부터 수집 지역(302)의 경계 벽을 향해서 증가되는 기울기의 벽(303)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 후미 지역(304)은 폭이 감소되면서 수집 지역(302)으로부터 멀리 곡선화되고 환기 채널(208)과의 커플링에 의해서 종료된다. 후미 지역(304)의 곡선화된 형상은 원심분리 디바이스(200)의 전체 직경을 가능한 한 작게 유지하면서, 수집 지역(302)과 후미 지역(304)의 부피를 최대화하는 것을 도울 수 있다. 다른 실시예에서, 후미 지역(304)은 곡선화되지 않고, 수집 지역(302)으로부터 멀리 직선으로 연장된다.
디바이스(200)의 회전 중에, 상대적인 원심분리력(RCF)이 가해진다. 회전 중심에 대한 동일 선상에서, RCF는 영이고, 회전 축에 수직에서, RCF는 이하의 값 만큼 증가된다:
Figure pct00001
여기에서, g는 지구의 중력 가속도이고, r은 회전 반경이며, ω는 단위 시간당 라디안의 각속도이다. r이 증가될 때 RCF는 증가되고, 고밀도의 입자는 저밀도의 입자보다 큰 힘으로 가속된다. 따라서, 회전 중의 시간 경과에 따라, 샘플은 2개의 상으로 분리된다: 더 조밀한 상은 후미 지역(304) 내로 분리되는 한편, 덜 조밀한 상은 수집 지역(302) 내로 분리된다. 전혈 샘플을 이용하는 예에서, 혈장은 수집 지역(302) 내로 분리되는 한편, 나머지 적혈구 및 임의의 오염물질이 후미 지역(304) 내로 분리된다.
후미 지역(304)의 변화되는 폭은, 회전 중에 수집 지역(302) 내로의 덜 조밀한 재료의 배출(draining)을 돕도록 설계된다. 후미 지역(304)의 위치('A')에서의 폭은 후미 지역(304)의 위치('B')에서의 폭보다 더 넓고, 폭은 위치('A')와 위치('B') 사이에서 테이퍼링된다. 실시예에 따라, 폭이 그 가장 좁은 지점으로 테이퍼링된 위치('B')에서 또는 그 부근에서, 후미 지역(304)은 환기 채널(208)에 커플링된다. 환기 채널은 원통형 하우징(202)의 중심을 향해서 다시 경로 연결되고(routed), 그에 따라 회전 축(226)으로부터 환기 채널(208)까지의 가장 짧은 거리는 원심분리 챔버(206) 내의 임의 지점의 회전 축(226)까지의 거리보다 짧다. 이러한 설계는 원심분리 중에 샘플의 안정적인 위치를 보장하는데 도움이 되고, 공기 기포가 환기 개구부(212)로부터 원심분리 챔버(206) 내로 진입하는 것을 방지하는 수동적인 일을 한다.
원심분리 챔버(206)는 500 μL 미만, 400 μL 미만, 또는 300 μL 미만의 부피를 가질 수 있다. 일 예에서, 원심분리 챔버(206)는 250 μL의 전혈 샘플을 유지한다. 약 3분 동안의 5,000 내지 20,000 RPM에서의 원심분리 이후에, 약 60 내지 70 μL로부터 약 100 내지 150 μL까지의 혈장이 수집 지역(302) 내로 분리될 수 있다. 원심분리는 예를 들어 10,000 RPM에서 실시될 수 있다.
원심분리 이후에, 또는 원심분리 도중에 주어진 기간이 경과된 후에, 샘플은 수집 지역(302) 내의 덜 조밀한 상 및 후미 지역(304) 내의 더 조밀한 상으로 분리된다. 이러한 지점에서, (미도시된, 그러나 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 본원에서 설명된) 배출구 포트를 통해서, 분리 상의 추출이 실시될 수 있다. 각각의 샘플 상을 원심분리 챔버(206)로부터 추출하는 동안 분리된 상들이 혼합되는 것을 모세관력이 방지하도록, 원심분리 챔버(206)의 수력학적 직경(hydraulic diameter)이 설계될 수 있다. 예를 들어, 2개의 분리된 상들 사이에 존재하는 중간 층은 추출 프로세스 중에 기포에 의해서 파괴되지 않고 유지되어야 한다. 앞서서 주어진 원심분리 챔버(206)의 도시된 치수를 기초로, 추출 중에 상들의 분리를 유지하기 위해서, 원심분리 챔버(206)의 수력학적 직경은 약 5 또는 6 밀리미터 미만일 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 커버(222)의 예시적인 치수를 도시한다. 도 4a는 커플링 구조물(234)의 기부를 통한 배출구 포트(402)를 보여주는, 커버(222)의 정면도를 도시한다. 커버(222)는, 도시된 15 mm의 직경과 같이, 20 mm 미만의 직경을 가질 수 있다. 유사하게, 원통형 하우징(202)은 커버(222)와 실질적으로 동일한 직경을 가질 수 있다. 커플링 구조물(234)은, 도시된 2.5 mm와 같은, 5 mm 미만의 직경을 가질 수 있다. 배출구 포트(402)가 약 200 마이크로미터의 직경으로 도시되어 있지만, 이러한 직경은 100 내지 500 마이크로미터 범위 내에서 임의의 직경일 수 있다. 다른 예에서, 배출구 포트(402)의 직경은 150 내지 350 마이크로미터 범위 내이다. 배출구 포트(402)의 직경은, 원심분리 챔버(206) 내로의 샘플의 도입 중에 또는 원심분리 디바이스의 회전 중에, 액체 샘플이 배출구 포트(402)의 외부로 누출될 수 없게 보장할 수 있을 정도로 충분히 작은 임의 직경일 수 있다. 일 실시예에서, 배출구 포트(402)의 횡단면적은 환기 채널(208)의 횡단면적의 1/4 미만이다.
실시예에 따라, 샘플 추출 프로세스 중에, 샘플은 배출구 포트(402)를 통해서 원심분리 챔버(206)의 외부로 인출되고, 공기는 환기 채널(208)을 통해서 원심분리 챔버(206) 내로 진입된다. 이러한 동작 중에, 후미 지역(304)의 증가되는 횡단면은 기포가 수집 지역(302) 내로 유동되는 것 그리고 수집 지역(302) 내의 액체를 변위시키는 것을 방지하는데 도움을 준다.
도 4b는, 커버(222)의 두께를 통해서 연장되는 배출구 포트(402)를 또한 보여주는 커버(222)의 측면도를 도시한다. 실시예에 따라, 커버(222)가 원통형 하우징(202) 위에 배치될 때, 배출구 포트(402)는 원심분리 챔버(206)의 수집 지역(302) 위에 정렬된다. 회전이 중단된 후에, 또는 원심분리 디바이스가 여전히 회전되는 동안, 수집 지역(302) 내의 분리된 샘플이 배출구 포트(402)를 통해서 외부로 추출될 수 있다. 커플링 구조물(234)은, 인가된 압력차를 통해서 샘플을 배출구 포트(402)를 통해 추출하기 위해서 이용되는 다른 구조물과 함께 누출-방지 밀봉부를 형성하기 위해서 이용된다.
도 4c는, 다른 커플링 구조물(224)을 포함하는 다른 실시예에 따른, 커버(222)의 측면도를 도시한다. 추출 디바이스는, 인가된 압력차를 통해서, 샘플을 추출하기 위해서 커플링 구조물(224)에 물리적으로 커플링될 수 있다.
도 5는, 작동기(502)에 커플링된 원심분리 디바이스(200)를 포함하는 예시적인 시스템(500)을 도시한다. 작동기(502)는, 원심분리 디바이스(200)를 몇 천 RPM의 고속으로 회전시키는 임의 유형의 모터(유도 모터, 스텝퍼 모터, 등)일 수 있다. 또한, 추출 디바이스(504)가 시스템(500) 내에 도시되어 있다. 실시예에서, 추출 디바이스(504)는 또한, 커플링 구조물(234)과 추출 디바이스(504) 사이에서 실질적으로 누출을 방지하는 밀봉부를 형성하기 위해서 이용되는 구조물(506)을 포함한다. 원심분리 디바이스(200) 상의 임의 유형의 커플링 구조물과 커플링되도록, 구조물(506)이 설계될 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 일 실시예에서, 추출 디바이스(504)는, 도 1을 참조하여 설명된 것과 유사한 테스트 카트릿지 시스템의 일부인 가동형 전달 챔버를 포함한다.
도 6은, 실시예에 따른, 샘플을 분리하기 위해서 원심분리 디바이스를 이용하는 방법(600)을 도시한 흐름도이다. 방법(600)에 도시된 단계가 포괄적이지 않다는 것 그리고, 본 발명의 범위 또는 사상으로부터 벗어나지 않고도, 다른 단계가 또한 실시될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 방법(600)의 단계 중 많은 단계가, 예를 들어, 원심분리 디바이스(200)에 의해서 실시될 수 있다.
블록(602)에서, 샘플은 제1 포트(예를 들어, 유입구 포트)를 통해서 챔버 내로 배치된다. 샘플은, 적혈구 및 다른 입자, 그리고 덜 조밀한 혈장을 포함하는 혈액 샘플과 같은, 다양한 밀도의 성분들의 혼합물일 수 있다. 샘플은 주사기 또는 보다 통합된 다른 유체 전달 시스템(예를 들어, 미세유체 채널)을 통해서 유입구 내로 배치될 수 있다. 실시예에 따라, 유입구는 원통형 하우징 내에 형성된 원심분리 챔버 내로 이어진다.
블록(604)에서, 유입구는 원심분리 중의 샘플의 누출을 방지하도록 밀봉된다. 유입구를 밀봉하는 것은, 유입구 포트가 틀어 막히도록, 원심분리 디바이스의 다른 부분을 스냅핑하여 막는 것에 의해서 실시될 수 있다. 다른 주지의 밀봉 기구가 이용될 수 있다.
블록(606)에서, 챔버는 챔버 내의 샘플을 원심분리하기 위해서 원통형 하우징의 중심을 통과하는 축을 중심으로 회전된다. 일 예에서, 챔버는 약 5,000 내지 20,000 RPM의 속력으로 회전된다. 하나의 특별한 예에서, 챔버는 10,000 RPM의 속력으로 회전된다. 챔버가 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이 원심분리 디바이스의 외부 연부 주위로 구부러지도록, 챔버가 설계될 수 있다. 이러한 기하형태는 밀도를 기초로 샘플을 챔버의 상이한 섹션들 내로 분리하는데 도움을 준다.
블록(608)에서, 샘플은 회전 중에 챔버 내에 인가되는 원심력을 기초로 분리된다. 앞서서 주목한 바와 같이, 챔버의 기하형태는 또한 샘플의 조밀한 재료를 챔버의 제1 섹션 내에서 유지하고 덜 조밀한 재료를 챔버의 제2 섹션 내에서 유지하는데 도움을 준다. 실시예에서, 챔버의 제1 섹션은 원통형 하우징의 외주를 따라서 연장되는 한편, 챔버의 제2 섹션은 원통형 하우징의 중심을 통과하는 회전 축으로부터 반경방향 외향으로 연장된다.
블록(610)에서, 챔버의 회전이 정지된다. 일 예에서, 10,000 RPM의 챔버의 회전은 약 3분 후에 정지된다. 급격한 정지는 또한 더 조밀한 재료가, 챔버의 제2 섹션 내에 수집된 덜 조밀한 재료로부터 멀리, 챔버의 제1 섹션 내에 수집되도록 강제한다.
블록(612)에서, 샘플의 덜 조밀한 부분은 제2 포트(예를 들어, 배출구 포트)를 통해서 추출된다. 원심분리 후에, 배출구 포트를 통한 추출이 챔버의 제2 섹션으로부터 덜 조밀한 재료만을 추출하도록, 배출구 포트가 실질적으로 챔버의 제2 섹션 위에 배치될 수 있다. 추출은 배출구 포트에 인가되는 인가 압력차(예를 들어, 진공 압력)로 인해서 발생될 수 있다. 원심분리 후에, 주사기를 또한 이용하여 덜 조밀한 재료를 추출할 수 있다.
실시예에 따라, 샘플을 추출하기 위해서 챔버의 회전을 정지시키지 않고(즉, 블록(610)을 건너뛰고), 방법(600)이 실시된다. 배출구 포트는 회전 축 위에 실질적으로 센터링될 수 있다.
방법(600)의 일부에 더하여, 다른 단계가 실시될 수 있다. 예를 들어, 만약 원심분리 디바이스가 테스트 카트릿지 내로 통합된다면, 일부 단계는 원심분리 디바이스가 자유롭게 회전할 수 있도록 원심분리 디바이스를 유체 커플링 기구로부터 분리하는 단계를 포함할 수 있다. 이어서, 원심분리 디바이스는, 원심분리 후에, 샘플을 추출하기 위해서 테스트 카트릿지 내의 유체 커플링 기구에 재연결될 수 있다.
특정 실시예에 관한 전술한 설명은 본 발명의 일반적인 특성을 완전히 나타낼 것이고, 그에 따라 다른 사람은, 관련 기술 분야의 통상의 기술자의 지식을 적용하는 것에 의해서, 본 발명의 일반적인 개념을 벗어나지 않고, 과도한 실험이 없이도, 다양한 적용예를 위해서 그러한 특정 실시예를 용이하게 수정 및/또는 적응시킬 수 있을 것이다. 그에 따라, 그러한 적응 및 수정은, 본원에서 제시된 교시 내용 및 지침을 기초로, 개시된 실시예의 균등물의 의미 및 범위 내에 포함될 것이다. 본원의 어구 또는 용어는 설명을 위한 것이고 제한적인 것이 아니며, 그에 따라 본 명세서의 용어 및 어구는 교시 내용 및 지침에 비추어 볼 때 통상의 기술자에 의해서 해석될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예는 특정 기능 및 그 관계의 구현예를 설명하는 기능적 구축 블록의 도움으로 전술되었다. 이러한 기능적 구축 블록의 경계는 설명의 편의를 위해서 본원에서 임의적으로 규정되었다. 특정 기능 및 관계가 적절하게 실시될 수 있는 한, 대안적인 경계가 규정될 수 있다.
'발명의 내용' 및 '요약서' 항목은 본 발명자(들)가 생각하는 바와 같은 본 발명의 모든 예시적인 실시예가 아닌 하나 이상 예시적인 실시예를 기술할 수 있고, 그에 따라 본 발명 및 첨부된 청구범위를 어떠한 방식으로도 제한하기 위한 것은 아니다.
본 발명의 폭 및 범위는 전술한 예시적인 실시예의 어느 것에 의해서도 제한되지 않고, 이하의 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 규정되어야 할 것이다.

Claims (23)

  1. 원심분리 디바이스이며:
    제1 포트 및 환기 개구부를 구비하며, 하우징의 중심을 통과하는 축을 중심으로 회전되도록 구성된 하우징;
    하우징 내에 형성되고 제1 포트에 커플링되는 챔버로서, 챔버의 제1 부분은 챔버 내의 제1 위치에서의 제1 폭과 제2 위치에서의 제2 폭 사이에서 테이퍼링되는 폭을 가지며, 제1 폭은 제2 폭보다 넓은, 챔버;
    챔버의 제2 위치에 커플링되고 가스가 채널로부터 환기 개구부로 이동하게 하기 위한 경로가 존재하도록 배열되는 채널; 및
    제2 포트를 구비하며 챔버를 밀봉하기 위한 벽을 제공하도록 구성된 커버를 포함하는, 원심분리 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    채널과 환기 개구부 사이에 커플링된 제2 챔버를 더 포함하는, 원심분리 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    제2 포트는 100 내지 500 마이크로미터의 직경을 갖는, 원심분리 디바이스.
  4. 제4항에 있어서,
    제2 포트는 150 내지 350 마이크로미터의 직경을 갖는, 원심분리 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    커버는 추출 디바이스와 커플링되도록 구성된 커플링 구조물을 포함하는, 원심분리 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    챔버는 약 250 마이크로리터의 유체 부피를 포함하는, 원심분리 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    하우징은 원통형 형상을 갖는, 원심분리 디바이스.
  8. 제7항에 있어서,
    원통형 하우징의 직경은 20 mm 미만인, 원심분리 디바이스.
  9. 제7항에 있어서,
    챔버의 제1 부분은 하우징의 외주를 따라서 연장되고, 챔버의 제2 부분은 하우징의 중심을 통과하는 축으로부터 반경방향으로 연장되는, 원심분리 디바이스.
  10. 제8항에 있어서,
    제2 포트는 실질적으로 챔버의 제2 부분 위에 배치되는, 원심분리 디바이스.
  11. 제8항에 있어서,
    챔버의 제2 부분은 5 밀리미터 미만의 수력학적 직경을 갖는, 원심분리 디바이스.
  12. 제1항에 있어서,
    하우징은 경첩형 부분을 포함하고, 경첩형 부분은 제1 포트를 노출시키기 위해서 개방 회전되도록 구성되는, 원심분리 디바이스.
  13. 제12항에 있어서,
    경첩형 부분은, 경첩형 부분이 폐쇄될 때, 제1 포트를 밀봉하도록 구성된 상승된 구조물을 포함하는, 원심분리 디바이스.
  14. 제1항에 있어서,
    챔버가 최대 준위까지 충진되었을 때를 나타내도록 구성된 샘플 표시부를 더 포함하는, 원심분리 디바이스.
  15. 제1항에 있어서,
    채널과 회전 축 사이의 가장 짧은 거리는, 챔버의 임의 지점과 회전 축 사이의 거리보다 짧은, 원심분리 디바이스.
  16. 방법이며:
    제1 포트를 통해서 샘플을 원심분리 챔버 내로 배치하는 단계로서, 원심분리 챔버는 원통형 하우징 내에 형성되는, 단계;
    샘플이 유입구를 통해서 역으로 누출되는 것을 방지하기 위해서 제1 포트를 밀봉하는 단계;
    원통형 하우징의 중심을 통과하는 축을 중심으로 원심분리 챔버를 회전시키는 단계;
    회전에 의해서 챔버 내의 샘플을 분리하는 단계로서, 샘플의 제1 부분은 원통형 하우징의 외주를 따라서 연장되는 챔버의 제1 부분 내로 이동되고, 샘플의 제2 부분은 원통형 하우징의 중심을 통과하는 축으로부터 반경방향으로 연장되는 챔버의 제2 부분 내로 이동되는, 단계; 및
    제2 포트를 통해서 샘플의 제2 부분을 추출하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    제2 포트는 실질적으로 챔버의 제2 부분 위에 배치되는, 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    회전시키는 단계는 원심분리 챔버를 5,000 내지 20,000 RPM으로 회전시키는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    추출하는 단계는 포트에서의 인가된 압력차를 통해서 샘플의 제2 부분을 추출하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    원심분리 챔버 내의 가스를 환기 포트를 통해서 환기시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  21. 제16항에 있어서,
    샘플의 제1 부분은 샘플의 제2 부분보다 더 높은 밀도를 갖는, 방법.
  22. 제16항에 있어서,
    추출 단계 전에, 챔버의 회전을 정지시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  23. 시스템이며:
    원심분리 디바이스로서:
    제1 포트 및 환기 개구부를 구비하며, 하우징의 중심을 통과하는 축을 중심으로 회전되도록 구성된, 하우징,
    하우징 내에 형성되고 제1 포트에 커플링되는 챔버로서, 챔버의 제1 부분은 챔버 내의 제1 위치에서의 제1 폭과 제2 위치에서의 제2 폭 사이에서 테이퍼링되는 폭을 가지며, 제1 폭은 제2 폭보다 넓은, 챔버,
    챔버의 제2 위치에 커플링되고 가스가 채널로부터 환기 개구부로 이동하게 하기 위한 경로가 존재하도록 배열되는 채널, 및
    제2 포트를 구비하며 챔버의 벽을 제공하도록 구성된 커버를 포함하는, 원심분리 디바이스;
    하우징에 커플링되고 축을 중심으로 하우징을 회전시키도록 구성된 작동기; 및
    커버에 커플링되고 제2 포트를 통해서 챔버 내의 샘플을 추출하도록 구성된 추출 디바이스를 포함하는, 시스템.
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