KR20180105225A - 마이크로플루이딕 분석 시스템, 마이크로플루이딕 카트리지 및 분석 수행 방법 - Google Patents
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Abstract
마이크로플루이딕 분석 시스템은 마이크로플루이딕 카트리지 및 연관된 마이크로플루이딕 오퍼레이터 시스템을 포함한다. 상기 마이크로플루이딕 카트리지는 리세스가 있는 제 1 면을 갖는 베이스 부와 상기 베이스 부에 고정되어 상기 리세스를 덮고 있고 마이크로플루이딕 카트리지 포일 면을 제공하는 포일을 포함한다. 상기 리세스를 갖는 베이스 부 및 상기 포일은 서로 유체 연통되는 유동 채널 및 싱크를 형성한다. 상기 마이크로플루이딕 카트리지는 상기 반응 섹션의 상류에 있는 상기 유동 채널로의 입구 개구를 포함한다. 상기 오퍼레이터 시스템은 피스톤, 온도 조절 요소, 및 액추에이터를 포함하며, 이들은 상기 마이크로플루이딕 카트리지의 상기 포일 면이 상기 오퍼레이터 시스템과 접촉하여 위치되어 상기 반응 섹션이 상기 온도 조절 요소에 매우 근접할 수 있고, 이때 상기 액추에이터는 상기 싱크 섹션을 덮고 있는 포일을 가압하도록 상기 싱크 섹션에 연관되고 상기 피스톤은 상기 반응 섹션의 상류에 있는 유동 채널을 폐쇄하기 위해 상기 포일을 가압하도록 상류 측 밸브 섹션에서 상기 유동 채널과 연관되도록 위치된다.
Description
본 발명은 분석(assay), 특히 생화학적 분석(biochemical assay)과 같은 온도 감응성 분석을 수행하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 분석에 적합한 마이크로플루이딕 카트리지를 포함한다.
액체 샘플에서 타겟 성분의 정량적 또는 정성적 결정을 위한 다수의 방법들 및 장치들이 선행 기술로부터 공지되어있다. 이러한 선행 기술 방법들 중 대부분은 세척 단계와 같이 복잡하거나 시간 소모적인 단계를 포함한다. 수년 동안 새롭고 개선된 방법, 특히 광학 라벨링(optical labeling) 및 판독 시스템(read out systems)을 사용하는 방법이 끊임없이 개발되어왔다.
광학 라벨링 및 판독 시스템을 포함하는 그러한 방법들을 수행하기 위한 마이크로플루이딕 검출 방법 및 분석이 광범위하게 사용된다. 생화학적 분석들을 수행할 때 상기 분석 동안 온도를 제어하고 및/또는 유동(flow)을 제어하는 것이 종종 요구된다.
US2011272610A는 폴리머 액추에이터를 포함하는 마이크로 밸브 구조(micro-valve structure) 및 랩-온-어-칩 모듈(lab-on-a-chip)을 개시한다. 마이크로 밸브 구조는 베이스 부(base part)에 배치된 가요성 구조와 상기 가요성 구조에 삽입된 폴리머 액추에이터를 포함할 수 있다. 이때, 상기 가요성 구조는 마이크로채널을 한정하는 밸브 부를 가지며, 상기 폴리머 액추에이터는 상기 가요성 구조체에 의해 상기 마이크로채널로부터 분리된다. 또한, 상기 폴리머 액추에이터는 상기 밸브 부의 변위를 제어함으로써 상기 마이크로채널의 폭을 변화시키도록 형성된다.
US2012298233A는 제 1 베이스 부, 제 2 베이스 부, 및 탄성 재료로 구성되고 상기 제 1 베이스 부와 상기 제 2 베이스 부 사이에 배치된 제 3 베이스 부를 포함하는 유체를 조작하기 위한 마이크로플루이딕 구성요소를 개시한다. 제 1 제어 챔버를 형성하는 적어도 하나의 제 1 리세스가 상기 제 3 베이스 부에 면하는 제 1 베이스 부의 면(face) 상에 구성된다. 유체 채널을 형성하는 적어도 하나의 제 2 리세스는 상기 제 3 베이스 부에 면하는 제 2 베이스 부의 면 상에 형성된다. 제 1 제어 챔버로부터 공간적으로 분리된 제 2 제어 챔버 및 상기 제 1 제어 챔버를 상기 제 2 제어 챔버에 접속하는 제어 채널은 상기 제 1 베이스 부에 형성된다. 상기 제 2 제어 챔버의 적어도 하나의 측벽은 탄성 재료로 구성되고, 상기 제 2 제어 챔버의 내부 볼륨이 감소하도록 액추에이터에 의해 변형가능하다.
US2015247845는 예를 들어 자성 분석에 사용될 수 있는 마이크로플루이딕 디바이스를 개시한다. 상기 마이크로플루이딕 디바이스는 유동 채널을 위한 홈 및 상기 유동 채널을 덮고 있는 포일을 갖는 베이스 부를 포함하고, 상기 유동 채널은 투명한 윈도우 및 액체 샘플의 흡입을 위한 흡입구를 포함하며, 상기 마이크로플루이딕 디바이스는 상기 유동 채널의 또는 상기 유동 채널과 유체 접속되는 싱크 섹션(sink section)의 가요성 벽 섹션을 포함하며, 상기 가요성 벽 섹션은 공기가 유동 채널 밖으로 밀어내도록 이동될 수 있으며 이후 상기 가요성 벽은 그 초기 위치로 돌아갈 것이다.
공지된 마이크로플루이딕 카트리지에서 샘플의 온도가 조절될 수 있지만, 상기 온도 조절은 매우 느린 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 목적은 분석을 수행하는 시스템 및 방법뿐만 아니라, 포함된 샘플의 빠르고 정확한 온도 조절에 적합한 마이크로플루이딕 카트리지를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에서, 반응 섹션 내의 샘플이 원하는 온도에서 고정밀도로 인큐베이션될 수 있는, 상기 반응 섹션을 갖는 마이크로플루이딕 카트리지를 포함하는 마이크로플루이딕 분석 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 한 실시예에서, 반응 섹션 내의 샘플이 미리 결정된 온도 플랜에 따라 온도 조절을 받게 될 수 있는, 상기 반응 섹션을 갖는 마이크로플루이딕 카트리지를 포함하는 마이크로플루이딕 분석 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 한 실시예에서, 고정밀도로 빠르고 정확한 분석을 가능하게 하는 마이크로플루이딕 분석 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 한 실시예에서, 제조 비용이 저렴하고 본 발명의 분석에 사용될 수 있는 마이크로플루이딕 카트리지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에서, 시간 소모적인 세척 단계를 필요로 하지 않고, 타겟의 결정이 고정밀도로 비교적 고속으로, 예를 들어 수 분 내에 수행될 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적들은 청구 범위에서 정의되고 하기에 기술되는 본 발명 및 이의 실시예들에 의해 달성된다.
본 발명은 액체 중의 타겟 성분의 결정(determination)과 같은, 특히 상기 결정이 생화학적 분석과 같은 온도 감응성 분석을 포함하는, 정량적 또는 정성적 열 감응성 분석들을 수행하기 위한 완전히 새로운 접근법을 제공하는 것을 제시한다.
또한 매우 양호하고 정확한 결과들이 빠르고 간단한 방법으로 얻어질 수 있다는 것이 밝혀졌다.
본 발명의 마이크로플루이딕 분석 시스템은 마이크로플루이딕 카트리지 및 연관된 마이크로플루이딕 오퍼레이터 시스템을 포함한다. 일반적으로, 마이크로플루이딕 카트리지는 일회용 마이크로플루이딕 카트리지(disposable microfluidic cartridge)이고, 마이크로플루이딕 오퍼레이터 시스템은 동일한 디자인 및 크기의 마이크로플루이딕 카트리지 또는 상이한 모양 및 크기를 갖는 마이크로플루이딕 카트리지와 함께 반복적으로 사용될 수 있는 것이 바람직하다. 선택적으로, 마이크로플루이딕 오퍼레이터 시스템은 상이한 크기 또는 모양의 마이크로플루이딕 카트리지와 함께 사용될 수 있도록 조절 가능하다.
마이크로플루이딕 카트리지는 제 1 면 및 제 2 대향 면을 가지며 상기 제 1 면에 리세스를 갖는 베이스 부와, 상기 베이스 부에 고정되어 상기 리세스를 덮고 상기 베이스 부로부터 떨어져 면하는 포일(the foil facing away from the base part)의 면이 되는 마이크로플루이딕 카트리지 포일 면을 제공하는 포일을 포함한다.
상기 베이스 부는 유리하게는 강성(rigid)이다.
상기 포일은 용접되거나 접착되는 것에 의해서와 같이 임의의 수단에 의해 베이스 부에 고정될 수 있다. 상기 포일은 상기 베이스 부에 고정되어, 상기 리세스 및 상기 포일이 유동 채널 및 싱크(sink)를 형성한다. 상기 유동 채널은 길이를 가지며, 반응 섹션(reaction section) 및 상류 단부(upstream end) 및 하류 단부(downstream end)를 포함한다. 한 실시예에서, 상기 상류 단부는 상기 반응 섹션의 한 측에 있고, 상기 하류 단부는 상기 반응 섹션의 반대 측에 있다. 상기 유동 채널은 2 이상의 반응 섹션들을 가질 수 있음을 이해해야한다. 또한, 상기 유동 채널이 분기되는(branched) 것을 배제하지 않는다.
상기 싱크는 상기 반응 섹션의 하류에 있는 유동 채널과 유체 연통한다. 상기 마이크로플루이딕 카트리지는 상기 반응 섹션의 상류에 있는 유동 채널 내로의 입구 개구(inlet opening)를 포함한다.
상기 오퍼레이터 시스템은 피스톤, 온도 조절 요소, 및 액추에이터를 포함하며, 이들은 상기 마이크로플루이딕 카트리지의 상기 포일 면이 상기 오퍼레이터 시스템과 접촉하여 위치되어 상기 반응 섹션이 상기 온도 조절 요소에 매우 근접하게 될 수 있고, 이때 상기 액추에이터는 상기 싱크 섹션을 덮고 있는 포일을 가압하도록 상기 싱크 섹션에 연관되고 상기 피스톤은 상기 반응 섹션의 상류에 있는 유동 채널을 폐쇄하기(close off) 위해 상기 포일을 가압하도록 상류 측 밸브 섹션에서 상기 유동 채널과 연관되도록, 위치된다.
본 발명의 마이크로플루이딕 분석 시스템은 마이크로플루이딕 카트리지의 반응 섹션 내에서 샘플의 매우 효과적인 온도 조절을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 상기 포일은 비교적 얇으며, 이러한 것은 상기 포일을 통한 열 전달이 비교적 빠르다는 것을 의미한다. 또한, 상기 싱크 및 상기 상류 측 밸브 섹션의 배열은, 상기 반응 섹션 내의 압력이 상승될 수 있게 되어, 상기 반응 섹션을 덮고 있는 포일이 상기 베이스 부의 리세스 쪽으로 디플렉트(deflect)되지 않도록 한다. 상기 반응 섹션 내에 압력을 제공하지 않으면, 상기 포일이 베이스 부의 리세스 내로 약간 흡입되는 경향이 있다는 것이 밝혀졌다. 즉, 반응 섹션을 덮고 있는 포일이 상기 리세스 쪽으로 디플렉트된다. 이러한 효과는 상기 반응 섹션이 액체로 채워지는 경우 더 커질 수 있으며, 이는 상기 포일이 상기 반응 섹션을 덮고 있는 포일 면이 온도 조절 요소와 밀접하게 접촉하지 않고 있다는 것을 의미하고, 이는 열 조절이 느리고 부정확하게 된다는 것을 의미한다. 본 발명에 의해, 포일 면과 온도 조절 요소 사이의 밀접한 접촉이 보장된다. 이에 따라, 반응 섹션에 포함된 샘플의 매우 높고 정확한 온도 조절이 얻어질 수 있다.
용어 "상류(upstream)" 및 "하류(downstream)"는 유동 채널 및 상기 유동 채널로의 샘플의 초기 유동과 관련하여 해석되어야한다.
용어 "실질적으로"는 본 명세서에서 통상적인 제품 가변성 및 허용오차를 포함하는 것을 의미하는 것으로 간주되어야한다.
"약"이라는 용어는 일반적으로 측정 불확실성 내에 있는 것을 포함하는 데 사용된다. 범위 내에서 사용되는 경우, "약"이라는 용어는 측정 불확실성 내에 있는 것이 상기 범위에 포함되는 것을 의미하는 것으로 간주되어야 한다.
"액체 샘플" 또는 "샘플" 또는 "시험 액체"라는 용어는 분산액(dispersions) 및 현탁액(suspensions)과 같은 고체 부분들을 포함하는 액체 샘플을 포함하는 임의의 액체 함유 샘플을 의미한다. 상기 샘플은 상기 방법을 수행할 때 액체를 포함한다.
상세한 설명 또는 청구 범위 전반에서, 단수형은 문맥에서 달리 특정되거나 요구되지 않는 한 복수를 포함한다.
"방법"은 "시험" 또는 "분석"이라는 용어로도 적용될 수 있다.
반응 섹션은 원하는 반응을 위한 반응 챔버를 형성한다. 상기 반응은 예를 들어 후술되는 바와 같이 타겟과 캡처 프로브 사이의 결합의 형성과 같이 원칙적으로 임의의 반응이 될 수 있다.
한 실시예에서, 적어도 반응 섹션은 온도 조절이 수행될 때 수평면에 대해 경사진 위치에 유지되는 것이 유리하다는 것이 밝혀졌다. 상기 반응 섹션에서의 샘플의 온도 조절은 광학 판독을 열화시킬 수 있는 작은 가스 거품들의 형성을 초래할 수 있다. 이러한 문제는 적어도 반응 섹션이 수평면에 대해 경사진 위치로 유지되도록 마이크로플루이딕 카트리지를 유지함으로써 완전히 또는 부분적으로 완화될 수 있음이 밝혀졌다. 상기 반응 섹션을 유지함으로써 경사진 위치는 그러한 형성된 거품들의 응집을 초래하고 및/또는 상기 거품들은 반응 섹션 밖으로, 예를 들어 싱크 섹션으로 운반될 수 있다고 믿어진다.
한 실시예에서, 오퍼레이터 시스템은 적어도 반응 섹션이 온도 조절 요소에 매우 근접하게 유지될 때 경사지게 되도록 마이크로플루이딕 카트리지를 유지하도록 적응된다.
한 실시예에서, 반응 섹션의 적어도 중심 축은 예를 들어 적어도 약 3 도, 예컨대 적어도 약 5 도, 예컨대 약 10 도 내지 약 45 도, 예컨대 약 15 도 내지 약 30 도의 경사각으로 수평면에 대해 경사져있다.
상기 수평면은 중력에 수직인 평면으로 정의된다.
일반적으로, 마이크로플루이딕 카트리지의 베이스 부는 실질적으로 평면인 것이 바람직하다. 즉, 베이스 부의 제 1 및 제 2 대향 면들은 실질적으로 평행하고 상기 베이스 부의 평면 내에 있다.
한 실시예에서, 오퍼레이터 시스템은 베이스 부가 예를 들어 적어도 약 3 도, 예컨대 적어도 약 5 도, 예컨대 약 10 도 내지 약 45 도, 예컨대 약 15 도 내지 약 30 도의 경사각과 같은 경사각으로 수평면에 대해 경사지게 마이크로플루이딕 카트리지를 유지하도록 적응된다.
상기 베이스 부는 유리하게는 적외선 광(약 700 nm 내지 약 1000 ㎛), 가시광(약 400 nm 내지 약 700 nm), UV 광(약 400 nm 내지 약 10 nm) 및 X 선 광(약 10 nm 내지 약 0.01 nm)으로부터 선택된 적어도 하나의 파장에 투명한 재료로 이루어진다. 상기 베이스 부는 유리하게는 약 200 nm 내지 약 1600 nm의 적어도 하나의 파장, 및 바람직하게는 약 380 nm 내지 약 750 nm의 더 넓은 가시 범위 내의 파장에 실질적으로 투명한 재료로 이루어진다.
상기 베이스 부에 사용될 수 있는 재료들의 예들은, 유리 및 중합체로부터 선택된 재료들을 포함하며, 상기 중합체는 유리하게는 고리형 올레핀 공중합체(COC), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 폴리카보네이트, 폴리디메틸-실록산(PDMS), 폴리에틸렌(PE), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리메틸펜텐, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리설폰, 폴리테트라-플루오르에틸렌(PTFE), 폴리우레탄(PU), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 스티렌-아크릴 공중합체 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 폴리클로로프렌, 폴리이소부틸렌, 폴리(스티렌-부타디엔-스티렌), 실리콘, 에폭시 수지, 폴리 에테르 블록 아미드, 폴리에스테르, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 아크릴, 셀룰로이드, 셀룰로스 아세테이트, 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌 비닐 알콜(EVAL), 불소 플라스틱(fluoroplastics), 폴리아세탈(POM), 폴리아크릴레이트(아크릴), 폴리아크릴로니트릴(PAN) 폴리아미드(PA), 폴리아미드-이미드(PAI), 폴리아릴에테르케톤(PAEK), 폴리부타디엔(PBD), 폴리부틸렌(PB), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리시클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트(PCT), 폴리케톤(PK), 폴리에스테르/폴리에틸렌(polythene)/폴리에틸렌(polyethene), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에테르설폰(PES), 폴리에틸렌클로리네이트(PEC), 폴리이미드(PI), 폴리락트 애시드(PLA), 폴리메틸펜텐(PMP), 폴리페닐렌 옥사이드(PPO), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리프탈아미드(PPA), 및 이들의 혼합물로부터 선택된 중합체들이 된다. 상기 언급된 재료들은 또한 포일에 사용될 수 있다.
상기 베이스 부는 유리하게는 25 ℃에서 강성이다. 유리하게는, 상기 베이스 부는 사출 성형 또는 기판 내의 레이저 조각(laser carving)에 의해 생성된다. 상기 베이스 부는 유동 채널 및 싱크를 형성하도록 상기 베이스 부에 유익하게 결합되는 포일로 덮여 진다.
상기 포일은 유리하게는 적어도 하나의 파장에 대해, 유리하게는 상기 베이스 부에 대해 전술한 바와 같이 투명하다.
유리하게는, 상기 포일은 약 1 mm 미만, 유리하게는 약 0.5 mm 이하, 예컨대 약 100 nm 이하의 두께와 같이 비교적 얇다.
상기 마이크로플루이딕 카트리지는 공통으로 또는 각각의 싱크에 대해 유체 연결되는 2 개 이상의 유동 채널들을 가질 수 있음을 이해해야한다.
입구 개구는 원칙적으로 상기 반응 섹션의 상류 및 상기 상류 측 밸브 섹션의 상류에 어디든 배치될 수 있다. 한 실시예에서, 유동 채널로의 입구 개구는 상류 단부에 배열되고, 유리하게는 상기 입구 개구는 상기 베이스 부를 통해 오리피스에 의해 제공된다.
한 실시예에서, 상기 유동 채널로의 입구 개구는 상기 마이크로플루이딕 카트리지의 에지에 배치된다.
유리하게는, 상기 입구 개구는 상기 베이스 부를 통해 오리피스에 의해 제공되며, 여기서 상기 오리피스는 상기 마이크로플루이딕 카트리지에 검액 방울(a drop of a test liquid)을 공급하기에 충분히 크다. 상기 오리피스를 충분히 크게 함으로써, 상기 오리피스를 덮고 있는 포일 및 상기 오리피스의 주변부에 베이스 부의 에지가 충분히 큰 공동을 제공하여, 샘플을 엎지르는 위험이 감소된다.
상기 마이크로플루이딕 카트리지의 유동 채널은 원칙적으로 임의의 형상, 길이 및 크기를 가질 수 있다.
다음에서, 상기 채널 및 상기 싱크의 폭은 상기 포일 면으로부터 평면도로 본 폭이고, 상기 채널/싱크의 높이는 상기 폭에 수직이다. 상기 채널의 길이는 상기 채널의 중심 길이이며, 상기 폭은 상기 채널에 수직으로 결정된다. 상기 싱크의 폭은 상기 싱크의 가장 먼 지점에 대해 및 상기 유동 채널과 상기 싱크 사이의 유체 연결로부터 직선 중심선으로 결정되는 채널의 중심 길이에 수직으로 결정된다.
한 실시예에서, 상기 입구에 바로 인접한 유동 채널은, 상기 입구 개구의 폭보다 작은, 상기 포일 면으로부터의 평면도로 본(seen in top view) 폭을 가지며, 유리하게는 상기 폭은 약 10 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 예컨대 약 25 ㎛ 내지 약 200 ㎛가 된다.
상기 유동 채널의 폭은 동일하거나 다를 수 있다.
상기 유동 채널 및 특히 상기 반응 섹션의 높이는 유리하게는 상기 폭보다 작다. 이에 의해 효과적인 광학 판독이 보장된다. 또한, 상기 유동 채널의 볼륨이 비교적 낮게 되는 것이 바람직하며, 그에 따라 분석을 위해 필요한 샘플 볼륨이 비교적 작게 되는 것을 보장한다. 한 실시예에서, 상기 유동 채널은 약 1㎛ 내지 약 100 ㎛의 높이를 갖는다.
상기 싱크의 높이는 상기 유동 채널의 높이와 동일할 수 있거나, 유리하게는 적어도 약 25 % 이상, 예컨대 적어도 약 50 % 이상, 예컨대 적어도 약 100 % 이상 더 커질 수 있다. 한 실시예에서, 상기 싱크는 약 20 ㎛ 내지 약 2 ㎜, 예컨대 약 200 ㎛ 내지 약 1 ㎜의 높이를 갖는다.
한 실시예에서, 상기 싱크는 상기 포일 면으로부터의 평면도에서 본 폭을 가지며, 이는 상기 유동 섹션의 최대 폭보다 더 크다.
유리하게는, 상기 싱크는 상기 유동 채널의 전체 볼륨의 적어도 0.5 배, 예컨대 상기 유동 채널의 적어도 대략의 전체 볼륨, 예컨대 상기 유동 채널의 볼륨의 약 1.5 내지 약 100 배, 예컨대 상기 유동 채널의 전체 볼륨의 약 2 내지 약 10 배인 볼륨을 갖는다. 이에 따라 상기 싱크 및 상기 연관된 액추에이터는 매우 높은 정확도로 상기 유동 채널에서 샘플의 유동을 조절할 수 있다.
상기 유동 채널의 밸브 섹션은 상기 유동 채널의 통상적인 섹션 일 수 있지만, 효과적인 밸브 기능을 보장하기 위해, 상기 유동 채널의 상기 밸브 섹션은 피스톤이 상기 유동 채널의 밸브 섹션에서 상기 포일을 상기 유동 채널로 가압할 때 상기 포일과 견고한 폐쇄(tight closure)를 형성하도록 하는 형태가 된다. 한 실시예에서, 상기 밸브 섹션에서 상기 유동 채널은 둥근 벽을 가지며, 즉 예리한 에지들이 없다.
한 실시예에서, 상기 유동 채널의 밸브 섹션은 상기 피스톤의 피스톤 헤드에 상보적인 형상을 갖는 밸브 시트(valve seat)를 포함하며, 상기 피스톤 헤드는 상기 밸브의 폐쇄시에 상기 유동 채널의 밸브 섹션에서 상기 포일을 상기 유동 채널로 가압하고 있다.
한 실시예에서, 상기 피스톤 헤드는 상기 유동 채널을 효과적으로 폐쇄하기 위해 상기 유동 채널의 밸브 섹션에서 리세스와 짝이 되도록(to be mated) 형성된다.
한 실시예에서, 상기 유동 채널의 밸브 섹션은 상기 베이스 부의 제 1 표면에 리지(ridge) 구조를 갖는 밸브 시트를 포함하고, 상기 리지 구조는 상기 리세스에서 상기 베이스 부의 제 1 표면으로부터 돌출하고 상기 리세스의 적어도 일부를 교차(crossing)한다. 그에 따라, 상기 밸브의 매우 견고한 폐쇄가 얻어질 수 있다. 유리하게는, 상기 리지 구조는 상기 밸브 섹션에서 상기 리세스의 전체 폭을 따라 견고성을 보장하기 위해 상기 유동 채널에 실질적으로 수직인 방향으로 연장된다.
한 실시예에서, 상기 밸브 시트는 그 사이에 상기 중간의 포일이 샌드위치된 피스톤에 대해 밀봉하기 위한 밀봉부(seal)를 포함한다. 유리하게는, 상기 피스톤의 피스톤 헤드 및 밸브 시트 모두는 그 사이에 샌드위치된 포일에 대해 효과적으로 밀봉하고 상기 피스톤 헤드가 상기 포일을 손상시키지 않도록 보장하기 위해 탄성 중합체 재료(elastomeric material)의 밀봉부를 포함한다.
상기 밸브 섹션은 인접하는 유동 채널과 동일한 폭을 가질 수 있다.
효과적인 밸브 기능을 보장하기 위해, 상기 유동 섹션의 밸브 섹션은 상기 유동 채널의 최소 폭보다 큰 폭을 가질 수 있다.
상기 밸브 섹션의 폭이 매우 좁지 않도록 보장함으로써, 상기 피스톤 및 상기 피스톤 헤드는 매우 얇게(slim) 될 필요가 없으며, 따라서 상기 피스톤 및 특히 상기 피스톤 헤드는 내구성을 더욱 가질 수 있다.
상기 반응 섹션을 덮고 있는 포일이 상기 리세스로부터 약간 떨어지게 불룩하게(bulge)(디플렉트) 되거나 또는 편평하게 되도록 가압될 수 있는 것을 보장하기 위해, 상기 마이크로플루이딕 카트리지는 유리하게는 상기 상류 측 밸브 섹션이 폐쇄될 때 상기 싱크 섹션과 연관된 액추에이터가 이러한 액추에이터 없는 상태에서 있게 될 것에 비해 상기 반응 섹션에서 압력을 높이는 압력을 적용할 수 있도록 형성된다. 한 실시예에서, 상기 유동 채널은 상기 상류 측 밸브 섹션으로부터 하류에 있는 베이스 부 또는 포일을 통하지 않는 어떠한 오리피스(orifice)도 없으며, 그에 따라 상기 상류 측 밸브 섹션이 폐쇄되고 상기 싱크 섹션과 연관된 액추에이터가 상기 싱크 섹션에서 상기 포일을 가압할 때 유체가 상기 상류 측 밸브 섹션의 하류에 있는 유동 채널로부터 빠져나올 수 없도록 보장한다.
유리하게는, 상기 싱크 및 상기 상류 측 밸브 섹션으로부터 하류 측의 유동 채널은 상기 상류 측 밸브 섹션이 상기 피스톤에 의해 폐쇄될 때 폐쇄된 볼륨을 구성한다. 이에 따라, 상기 반응 섹션에 가해지는 압력의 효과적인 제어가 얻어질 수 있고, 상기 반응 섹션을 덮고 있는 포일이 상기 리세스에 대해 원하는 형태를 갖도록 조작될 수 있다.
한 실시예에서, 상기 유동 채널은 하류 측 밸브 섹션을 포함하고, 상기 오퍼레이터 시스템은 상기 하류 측 밸브 섹션에 대해 연관된 피스톤을 포함한다. 상기 하류 측 밸브 섹션 및 상기 상류 측 밸브 섹션은 유리하게는 전술된 바와 같이 상기 상류 측 밸브 섹션으로서 형성된 상류 측 밸브 섹션에 대한 것이 될 수 있다. 상기 하류 측 밸브 섹션 및 상기 상류 측 밸브 섹션은 반드시 동일할 필요는 없으며, 한 실시예에서는 서로 상이할 수 있음을 이해해야한다. 단순화를 위해, 상기 하류 측 밸브 섹션 및 상기 상류 측 밸브 섹션은 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 하류 측 밸브 섹션 및 상기 상류 측 밸브 섹션은, 예를 들어 상기 액추에이터가 원하는 압력을 제공하기 위해 상기 싱크에서 상기 포일을 가압한 후 상기 하류 측 밸브 섹션 및 상기 상류 측 밸브 섹션을 폐쇄함으로써, 상기 반응 섹션에서 고정된 압력을 보장하도록 적용될 수 있다. 그에 따라, 상기 반응 섹션의 압력은 원하는 시간 동안 매우 안정하게 유지될 수 있다.
한 실시예에서, 상기 반응 섹션은 상기 유동 채널의 인접한 부분들과 폭이 유사한 유동 채널의 섹션일 수 있다. 그러나, 큰 판독 영역을 보장하기 위해, 반응 섹션을 남아있는 유동 채널보다 넓게 하는 것이 바람직하다.
한 실시예에서, 상기 반응 섹션은 상기 입구에 바로 인접한 채널보다 큰, 포일 면으로부터의 평면도에서 본 폭을 가지며, 유리하게는 상기 반응 섹션은 인접하는 상류 및/또는 하류 유동 채널보다 큰 폭을 갖는다. 유리하게는, 상기 반응 섹션은 약 2 mm 내지 약 5 cm, 예컨대 약 5 mm 내지 약 2 cm의 평균 폭을 갖는다.
유리하게는, 상기 반응 섹션은 적어도 약 40 mm2, 예컨대 적어도 약 40 mm2, 적어도 약 60 mm2, 적어도 약 100 mm2의 포일 면으로부터의 평면도에서 본 판독 영역(길이 시간 평균 폭)을 갖는다.
상기 분석은 유익하게 광학 판독을 수반할 수 있다.
한 실시예에서, 상기 반응 섹션은 타겟에 대한 캡처 프로브를 포함한다.
상기 타겟은 정량적으로 또는 정성적으로 결정되는 것이며 직접적으로 또는 캡쳐 프로브에 대한 링커 분자(linker molecule)를 통해 캡처될 수 있는 임의의 타겟일 수 있다. 이러한 캡처 프로브-타겟 쌍들은 당 업계에 잘 알려져 있으며, 예를 들어, 항체-항원 등을 포함한다.
"타겟"이라는 용어는 특정 유형 또는 성분의 하나 이상의 분자들을 의미한다. "2 또는 그 이상의 또는 몇몇의 타겟들"이란 용어는 2 또는 그 이상의 또는 몇몇의 상이한 유형의 타겟 성분들을 의미한다.
다음에서 간소화를 위해 "타겟"이라는 용어는 주로 단수로 사용되지만 달리 명시하지 않는 한 "타겟"이라는 용어의 복수 버전을 포함해야한다.
"타겟" 및 "타겟 성분"이라는 용어는 상호 교환가능하게 사용된다.
상기 타겟은 결합 분석(binding assay)에서 결정될 수 있는 임의의 종류의 타겟일 수 있다. 당업자는 다른 유형의 결합 분석들로부터의 지식을 간단한 방법으로 사용하여 적합한 타겟 성분 및 상응하는 캡처 프로브를 선택할 수 있다.
한 실시예에서, 상기 타겟은 단일 유기 분자 또는 유기 분자들의 구조, 예를 들면 유기체(organic organism)와 같은 생체 분자다. 예를 들어 건강 관리 산업 및 식품 산업과 같은 산업에서 빠르고 비교적 저렴하고 매우 정확한 분석 시스템에 대해 높은 필요성이 있으므로, 본 발명의 상기 분석 시스템 및 방법은 당 분야에 커다란 기여를 제공한다. 본 발명의 상기 분석 시스템 및 방법은, 특히 본 발명의 방법이 매우 빠르고 신뢰성이 높기 때문에, 생체 분자들의 정량적 및/또는 정성적 측정들에 사용하기에 아주 적합할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 타겟은 예를 들어 미생물과 같은 유기체 또는 분자의 돌연변이 변형이 될 수 있다.
한 실시예에서, 상기 타겟은 박테리아성, 바이러스성 또는 균질 병원균 중 적어도 하나와 같은 미생물, 예를 들면 대장균(E-coli E. coli), 시트로박터 종(Citrobacter spp.), 에어로모나스 종(Aeromonas spp.), 파스튜렐라 종(Pasteurella spp.),비-혈청군 Dl 살모넬라(non-serogroup Dl Salmonella), 캄필로박터 포도상구균 종(Camphylobacter Staphylococcus spp) 및 그 조합이거나 또는 이를 포함한다.
한 실시예에서, 상기 타겟은 혈액 세포, 줄기 세포 또는 종양 세포와 같은 세포이거나 또는 이를 포함한다.
한 실시예에서, 상기 타겟은 단백질, 뉴클레오타이드, 탄수화물 또는 지질, 특히 효소, 항원 또는 항체이거나 또는 이를 포함한다.
한 실시예에서, 상기 타겟은 "합텐(hapten)"이거나 이를 포함한다. 상기 합텐은 단지 단백질 같은 큰 운반체에 부착될 때만 면역 반응을 유도할 수 있는 작은 분자이며; 상기 운반체는 그 자체로 면역 반응을 유도하지 않는 것이 될 수 있다. 상기 합텐은 예를 들어 스테로이드, 호르몬, 항생제 또는 무기 성분일 수 있다.
당업자는 상기 타겟이 캡처 프로브가 제공될 수 있는 임의의 종류의 성분일 수 있음을 인식할 것이다.
타겟 및 대응하는 캡처 프로브는 당 업계에 잘 공지되어있다. 또한, 표면 상의 그러한 캡처 프로브들을 고정시키는 것이 잘 알려져있다.
한 실시예에서, 상기 캡처 프로브들은 상기 타겟에 특정적이다.
2 이상의 타겟들이 있는 경우, 캡처 프로브들의 여러 그룹들이 있을 수 있거나, 또는 한 유형의 캡처 프로브들이 될 수 있으며 이는 모든 타겟 성분들에 대한 캡처 프로브들이 된다.
2 이상의 타겟 성분들이 있는 한 실시예에서, 캡처 프로브들은 2 이상의 타겟 성분들에 대해, 예를 들어 일치하는 타겟 성분들은 아니지만 유사한 그룹에 대해 특정된다.
본 발명의 한 실시예에서, 상기 캡처 프로브들은 하나 이상의 타겟 성분들을 포함하는 성분들의 그룹에 대해 특정된다.
한 실시예에서, 상기 캡처 프로브들은 예를 들어 단백질에 대한 결합 사이트들이 되며, 이에 따라 단백질 컨텐트가 결정될 수 있다. 한 실시예에서, 캡처 프로브들은 미리 선택된 유형 또는 그룹의 단백질에 대한 결합 사이트들이다.
한 실시예에서, 캡처 프로브들은 예를 들어 스테로이드 호르몬, 항생제 또는 다른 기원의 다른 합텐 분자들인 작은 유기 분자들과 같은 합텐에 대한 결합 사이트들이다.
상기 캡처 프로브들은 유리하게는 상기 유동 채널의 반응 섹션 내의 표면에 고정화된다.
상기 캡처 프로브들은 상기 베이스 부의 제 1 면 및/또는 상기 포일에 고정화될 수 있다. 한 실시예에서, 상기 캡처 프로브들은 상기 반응 섹션의 베이스 부의 제 1 면에 고정되는 것이 바람직하다.
상기 반응 섹션 내의 베이스 부 및/또는 포일은 유리하게는 적어도 하나의 광학 요소를 포함한다. 상기 광학 요소는 유리하게는 형광물질(fluorophore)로부터 방출된 광을 재지향(redirect)하고 유리하게는 시준(collimate)하도록 구성된다.
한 실시예에서, 상기 광학 요소는 유리하게는 상기 베이스 부의 제 1 면의 부근에서 형광물질로부터 및/또는 상기 반응 섹션 내의 포일의 부근에서 형광물질로부터 방출된 광을 재지향시키고 유리하게는 시준하도록 구성된다. "부근"이라는 용어는 유리하게는 10 nm 이하의 거리 내, 예컨대 또는 2 nm 이하의 거리 내, 예컨대 1 nm 이하의 거리 내, 예컨대 0.1 nm 이하의 거리 내를 의미한다.
일반적으로, 상기 포일에 상기 광학 요소를 제공하는 것보다 상기 베이스 부에 상기 광학 요소를 제공하는 것이 더 간단하고, 따라서 상기 광학 요소가 상기 베이스 부의 일부를 형성하는 것이 바람직하다. 이하에서, 본 발명의 실시예는 광학 요소를 베이스 부의 일부로서 설명하지만, 상기 광학 요소는 대안적으로는 상기 포일의 일부를 형성할 수 있음을 이해해야한다. 또한, 상기 반응 섹션 내의 포일 및/또는 상기 베이스 부는 몇몇 광학 요소들을 가질 수 있음을 이해해야한다. 한 실시예에서, 상기 반응 섹션 내의 포일 및/또는 상기 베이스 부는 적어도 약 4 개의 광학 요소들, 예컨대 적어도 약 10 개의 광학 요소들, 예컨대 적어도 약 20 개의 광학 요소들, 예컨대 적어도 약 50 개의 광학 요소들을 포함한다.
유리하게는, 상기 광학 요소는 상기 반응 섹션 내의 포일 또는 상기 베이스 부의 제 1 면에 고정된 타겟에 대한 캡처 프로브를 포함한다.
상기 광학 요소는 유리하게는 베이스 부의 성형 동안 생성될 수 있고, 유리하게는 렌즈 구조 및/또는 초임계각 형광 구조(SAF 구조)를 포함할 수 있으며, 상기 SAF 구조는 유리하게는 상부 표면을 갖는다. 상기 렌즈 구조 및/또는 상기 SAF 구조는 상기 반응 섹션 내에서 형광물질로부터 방출된 광을 재지향하여 상기 방출된 광이 간단한 방식으로 판독될 수 있게 하는 기능을 갖는다. 유리하게는, 상기 광학 요소는 판독될 수 있는 신호의 증폭으로서 작용하는 방출된 광을 시준한다.
바람직하게는, 상기 광학 요소는 SAF 구조이다.
SAF 구조는 당 업계에 잘 공지되어 있으며, 예를 들어 US2016011112, US2013236982A 및/또는 US2007262265에 기술되어있다.
한 실시예에서, 상기 SAF 구조는 선행 기술 문헌 US2016011112, US2013236982A 및/또는 US2007262265 중 어느 하나에 기술된 광학 요소와 마찬가지며, 광학 요소가 본 명세서에 기재된 바와 같이 마이크로플루이딕 카트리지의 반응 섹션에 통합된다는 차이점이 있다.
유리하게는, 상기 SAF 구조는 베이스 부의 통합된 부분이고, 유리하게는 남아있는 베이스 부와 동일한 재료이며, 유리하게는 사출 성형에 의해 생성되고, 상기 SAF 구조는 상기 반응 섹션을 형성하기 위한 상기 리세스의 일부에 형성된다.
대안적인 실시예에서, 상기 SAF 구조는 상기 베이스 부의 나머지 부분에 부분적으로 매립되거나 장착된다. 한 실시예에서, 더 높은 굴절률을 갖는 재료와 같은, 베이스 부의 나머지 부분의 재료와 다른 재료로 SAF 구조를 제공하는 것이 더 간단하다. 그러나, 일반적으로 SAF 구조는 나머지 베이스 부와 동일한 재료인 것이 바람직하다.
상기 SAF 구조는 유리하게는 돌출부로부터 떨어져 면하는 상부 표면을 가지며, 즉 상기 SAF 구조가 베이스 부의 일부인 경우 상기 상부 표면은 상기 포일을 향하여 면한다. 상기 캡처 프로브는 유리하게는 상기 상부 표면에 고정화된다. 여러 개의 SAF 구조들이 있는 경우, 각각의 SAF 구조들의 상부 표면들은 고정화된 동일한 또는 상이한 캡처 프로브들을 가질 수 있다.
상기 캡처 프로브들은 유리하게는 상기 베이스 부에 상기 포일을 고정하기 전에 고정화될 수 있다.
유리하게는, 상기 SAF 구조는 상기 포일을 향하여 돌출하는 절단체 형상(frustum shape)을 포함하며, 그 상부 표면은 상기 포일을 향한다. 상기 캡처 프로브는 바람직하게는 상기 상부 표면에 고정화된다.
두 개의 상이한 굴절 환경들의 인터페이스에서 또는 근처에서 광의 형광 발산(fluorescent emittance)(발광 방출(luminescence emission)이라고도 함)은 대부분의 광을 초임계각(supercritical angle)(θc) 이상의 각도 내에서 더 높은 굴절 매체(n2)로 이방성으로 방출한다(도 7 참조). 상기 SAF 구조는 유리하게는 높은 수집 효율로 더 높은 굴절로 방출된 대부분의 형광을 수집하도록 형성된다.
상기 SAF 구조는 공기와 같은 기체가 될 수 있는 상기 반응 섹션 내의 유체보다 높은 굴절률을 갖는다. 상기 샘플이 상기 반응 섹션으로부터 배출된 경우, 상기 캡처 프로브가 타겟을 캡처한 후에 새로운 샘플 또는 물과 같은 다른 유체가 상기 반응 섹션으로 도입될 수 있다.
임계각보다 큰 각도로 전파하는 발광 방출은 초임계각 광이라고 불린다. 전형적으로 초임계각 광은 예를 들어 약 61.5 도 내지 약 80 도의 각도 범위 내에서 전파된다. 발광 신호는 여기(excitation)에 따라 많은 상이한 형태들을 가질 수 있다는 것을 이해할 것이다.
상기 상부 표면의 부근에서 (예를 들면, 상기 캡처 프로브들에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 (결합 분자 또는 다른 중간 분자로) 캡처된) 형광물질로부터 방출되는 광의 최적 시준을 보장하기 위해, 돌출한 SAF 구조의 높이 및 상기 상부 표면 직경은 서로 유리하게 적응된다. 유리하게는, 상기 표면은 적어도 약 0.01 mm2, 예컨대 약 0.02 mm2 내지 약 1 mm2, 예컨대 약 0.03 mm2 내지 약 0.8 mm2, 예컨대 약 0.05 mm2 내지 약 0.5 mm2의 면적을 갖는다.
상기 상부 표면은 둥그런, 유리하게는 약 0.01 mm 내지 약 1 mm의 직경을 갖는 원형의 주변부를 갖는다.
전술한 바와 같이, 대안적인 실시예에서, 상기 SAF 구조는 상기 포일 상에 장착되고 상기 구조의 제 1 면을 향해 돌출한다.
상기 SAF 구조는 유리하게는 그 측면들이 상기 상부 표면에 수직인 중심선에 대해 각을 형성하도록 그 상부 표면을 향하여 돌출 방향으로 좁아지는 직경을 갖는 베이스 부로부터 돌출하는 절단체 형상을 가지며, 이러한 각을 절단체 각(frustum angle)이라 한다.
상기 SAF 구조는 예를 들어 정사각형 절단체 형상, 오각형 절단체, 삼각형 절단체(잘려진 피라미드) 또는 원뿔 절단체(cone frustum)로부터 선택된 절단체 형상을 가질 수 있다.
유리하게도, 상기 SAF 구조는 원뿔 절단체(때로는 원뿔형 절단체(conical frustum) 형상이라고도 함)를 갖는다.
원하는 시준을 보장하기 위해 상기 절단체 각은 초임계각보다 작다. 유리하게는, 상기 SAF 구조는 적어도 약 50 도, 예컨대 약 55 도 내지 약 75 도, 예컨대 약 58 도 내지 약 70 도, 예컨대 약 59 도 내지 약 65 도, 예컨대 약 60 도 내지 약 61 도, 유리하게는 약 60 도인 절단체 각을 갖는다.
상기 SAF 구조는 유리하게는 상기 SAF 구조의 상부 표면 상에 고정화된 형광물질로부터 방출된 광을 재지향시키기에 충분히 큰 돌출 높이를 갖는다. 유리하게는, 상기 광은 시준되어 베이스 부를 통해 투과되고 상기 베이스 부의 제 2면으로부터 방출되어, 광학 판독기에 의해 판독된다.
바람직하게는, 상기 SAF 구조는 적어도 약 0.03mm, 예컨대 적어도 약 0.1 mm의 돌출 높이를 가지며, 바람직하게는 상기 SAF 구조는 상기 SAF 구조의 상부 표면의 최대 직경의 약 1 배 내지 약 3 배의 돌출 높이를 갖는다.
상기 SAF 구조의 높이는 상기 상부 표면에서 상기 베이스 부의 나머지 부분에 연결되거나 그에 통합되는 그 밑바닥(또는 상기 SAF 구조가 상기 포일의 일부를 형성하는 포일)까지로 결정된다.
상기 SAF 구조(및 유리하게는 전체 기본 부)는 물의 굴절률인 1.33보다 높은 굴절률을 갖는다. 유리하게는, 상기 SAF 구조는 적어도 약 1.4의 굴절률, 예컨대 약 1.45 내지 약 1.65의 굴절률을 갖는다. 바람직한 실시예에서, 상기 SAF 구조는 약 1.59의 굴절률을 갖는 폴리스티렌이다.
상기 온도 조절기는 예를 들어 펠티에 요소(Peltier element), 얇은 포일 가열 요소 및/또는 다른 저항성 가열 요소들을 포함할 수 있다.
유리하게는, 온도 조절기 요소는 펠티에 요소와 같은 열전기 요소이며, 바람직하게는 상기 열전기 요소는 선택된 시간 구성으로 냉각 및 가열 모두에 대해 동작 가능하다.
오퍼레이터 시스템은 한 실시예에서 여기 광(excitation light)을 전송하기 위한 이미터 및 광학 신호들을 판독하기 위한 판독기를 포함할 수 있다.
상기 판독기 및 이미터는 예를 들어 공통 유닛이 될 수 있다. 이미터/판독기는 예를 들어, 상기 반응 섹션에서 샘플의 온도 조절을 위해 오퍼레이팅 시스템과 접촉하는 그 포일 면과 함께 위치될 때 상기 마이크로플루이딕 카트리지의 제 2 면 측 상에 위치된다.
상기 광학 판독기는 원칙적으로 해당하는 파장, 즉 광학 검출 사이트로부터 얻어질 것으로 예상되는, 예를 들면 상기 광학 검출 사이트를 통해 방출되거나 반사되거나 이를 통과하는 파장을 갖는 광선을 감지할 수 있는 임의의 종류의 광 검출기 일 수 있다.
유리하게는, 상기 광학 판독기는 다중 파장 판독기이다.
한 실시예에서, 상기 판독기는 포토 다이오드 어레이 및/또는 광전자 증배관(photomultiplier tube)을 포함한다. 적절한 검출기들은 예를 들어, 하마마츠 코포레이션, 브리지워터(Bridgewater), 또는 미국 또는 아트멜 코포레이션, 산호세, 미국으로부터 얻어될 수 있다.
한 실시예에서, 상기 광학 판독기는 유리하게는 전하 결합 요소(CCD) 판독기의 형태인 디지털 이미징 판독기이다.
유리하게는, 상기 CCD 판독기는 3CCD 판독기 또는 컬러 필터 모자이크 CCD 판독기와 같은 컬러 판독기이다.
3CCD 판독기는 이미지를 적색, 녹색 및 청색 성분들로 분할하는 다이크로익 빔 스플리터 프리즘을 포함하는 CCD 판독기이다.
컬러 필터 모자이크 CCD 판독기는 베이어 마스크(Bayer mask), RGBW 마스크(적색, 녹색, 청색, 백색 필터 어레이), 또는 CYGM 마스크(청록색, 황색, 녹색, 자홍색 필터 어레이)와 같은 컬러 필터를 포함하는 CCD 판독기이다.
유리하게는, 상기 광학 판독기는 분광계이고, 상기 분광계는 바람직하게는 적어도 2 개의 상이한 광 빔들을 포함하는 대역 폭으로 동작하도록 구성된다.
분광계는 또한 종종 분광기라고도 하며, 특정 대역 폭에 대한 광의 강도 또는 편광과 같은 특성을 측정하는 데 사용된다.
바람직하게는, 상기 분광계는 가시광을 포함하는 대역 폭에 걸쳐 광의 강도를 결정하도록 구성된다.
한 실시예에서, 상기 분광계는 적어도 2 개의 상이한 광 빔들을 포함하는 대역 폭에 걸쳐 광의 강도를 결정하도록 구성된다.
한 실시예에서, 상기 광학 판독기는 형광물질로부터 방출된 광의 광선들을 수용하도록 배열된 복수의 광섬유들을 포함하는 섬유 광학 분광계이다.
상기 형광물질을 여기시키는 이미터는 유리하게는 다이오드 기반의 이미터일 수 있다.
한 실시예에서, 상기 오퍼레이터 시스템은 피스톤(들), 온도 조절 요소 및 액추에이터로부터 선택된 적어도 하나의 오퍼레이터 요소의 동작을 제어하도록 구성된 컴퓨터 시스템을 포함한다. 상기 컴퓨터 시스템은 바람직하게는 오퍼레이터 요소(들)의 동작을 제어하기 위한 소프트웨어를 저장하는 메모리를 포함한다. 상기 컴퓨터 시스템은 예를 들어 상기 마이크로플루이딕 카트리지 상에서 판독되는 인터페이스 및/또는 코드(예를 들어, 바 코드)를 통해 상기 컴퓨터 시스템에 로딩되는 코드에 따라, 원하는 분석 절차를 수행하도록 프로그램될 수 있다.
유리하게는, 상기 컴퓨터는, 샘플을 상기 반응 섹션에 채우고, 이를 가열 및/또는 냉각시키고, 여기 광을 상기 반응 섹션으로 전송하고, 상기 반응 섹션 내에서 선택적 형광물질로부터 방출된 신호를 판독하는 것을 포함하는 분석 절차를 실행하도록 프로그램된다. 상기 분석 절차는 여기 광을 상기 반응 섹션으로 전송하기 전에 상기 반응 섹션으로부터 상기 샘플을 회수하고, 상기 반응 섹션 내에서 선택적 형광물질로부터 방출된 신호를 판독하는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, 여기 광을 상기 반응 섹션으로 전송하고, 상기 반응 섹션 내에서 선택적 형광물질로부터 방출된 신호를 판독하기 전에, 물과 같은 다른 유체가 상기 반응 섹션으로 도입된다.
한 실시예에서, 상기 분석 절차는 싱크 섹션을 덮고 있는 포일을 가압하도록 액티베이터(activator)를 작동시키고, 상기 싱크 섹션을 덮고 있는 포일을 적어도 부분적으로 릴리스(release)하도록 상기 액티베이터를 작동시키고, 상류 측 밸브 섹션을 폐쇄하도록 상기 피스톤을 작동시키고, 미리 결정된 온도 계획에 따라 상기 반응 섹션에서 샘플의 온도를 조절하도록 상기 온도 조절 요소를 작동시키는 것을 포함한다.
상기 컴퓨터는 유리하게는 하기에서 설명되는 하나 이상의 분석들을 실행하기 위해 오퍼레이터 요소들을 동작시키도록 프로그램된다.
한 실시예에서, 상기 마이크로플루이딕 분석 시스템은 상기 반응 섹션에서 형광물질을 여기시키기 위해 구성된 광원(이미터)을 더 포함한다. 상기 광원은 바람직하게는 상기 SAF 구조에서 캡처된 형광물질을 여기시키기 위해 구성된다. 상기 캡처링은 직접적으로 또는 간접적으로 될 수 있다. 예를 들어, 상기 타겟은 형광물질을 포함할 수 있거나 또는 상기 형광물질은 선택적으로 링커 분자를 통해 상기 타겟에 의해 캡처될 수 있다.
형광물질은 당 업계에 널리 공지되어 있으며, 정량적 및 정성적 분석 기술 내에서 널리 사용된다.
형광물질(또는 형광 색소(fluorochrome) 또는 형광 발색단(florescent chromophore) 또는 발광 분자(luminescent molecule)라고도 함)은 광 에너지를 흡수하고 특정 파장에서 에너지를 재방출함으로써 여기될 수 있는 분자다. 상기 방출된 에너지의 방출 이전의 파장, 양, 및 시간은 그 여기 상태에서의 분자가 주위 분자들과 상호 작용할 수 있음에 따라 형광물질 및 그 화학적 환경 모두에 의존한다.
상기 여기 에너지는 매우 좁거나 또는 더 넓은 에너지 대역일 수 있으며, 또는 컷-오프 레벨을 초과하는 모든 에너지들일 수 있다. 상기 방출 에너지 및 파장은 일반적으로 여기 에너지보다 더 특정적이며, 보통 더 긴 파장 또는 더 낮은 에너지가 된다. 여기 에너지들의 범위는 자외선에서 가시 스펙트럼이며 방출 에너지는 가시 광선으로부터 근적외선 영역으로 계속될 수 있다.
일반적으로, 상기 타겟 성분의 보다 간단한 정성적 또는 정량적 결정을 위해 상대적으로 특정적인 방출 파장 및 에너지를 갖는 형광물질을 선택하는 것이 바람직하다. 특히, 상기 방출 파장은 상대적으로 특정적이며, 바람직하게는 결정 방법에서 다른 방출들과 구별하기에 충분히 좁은 파장 대역을 가져야한다.
"상대적으로 특정적 파장"이란 용어는 상기 파장이 테스트에서 다른 방출 파장들과 구별될 수 있음을 의미한다.
특히, 몇몇의 상이한 형광물질들 및 선택적으로 몇몇의 타겟 성분들이 있는 상황에서, 상기 형광물질들은 각각의 형광물질로부터의 방출이 서로 구별될 수 있도록 상대적으로 특정적인 방출 파장을 갖는 것이 바람직하다.
상기 형광물질들은 임의의 유형의 형광물질이 될 수 있다. 한 실시예에서, 상기 형광물질들은 양자 도트(quantum dots) 또는 방향족 프로브(aromatic probes) 및/또는 복합 프로브(conjugated probes), 예컨대 플루오레세인(fluorescein), 벤젠 유도체, 금속-칼 코게나이드 형광물질 또는 이들의 조합이 된다.
양자 도트의 예는 미국 특허 7498177에 기재되며, 라이프 테크놀로지스 유럽 비브이(Life Technologies Europe BV)로부터 입수할 수 있다. 이들 양자 도트들은, 예를 들어 각각의 방출 파장들이: 525, 545, 565, 585, 605, 625, 655 및 IR 705 및 800 nm인 양자 도트들의 넓은 파장 범위에 걸쳐있는 방출 파장들을 갖는 150보다 많은 상이한 제품 구성을 포함한다.
양자 도트들의 예들은 또한, 오션 나노테크 스프링데일 아칸소 72764(Ocean NanoTech, Springdale, Arkansas 72764)로부터 입수할 수 있는 양자 도트들을 포함하며, 이는 나노미터의 방출 파장 범위를 갖는 40 가지 이상의 다른 제품 구성들과 PEG 또는 다른 생물학적 호환성 코팅의 기능화된 외부 코어를 포함하며, 상기 각각의 방출 파장은 예를 들어 530, 550, 580, 590, 600, 610, 620 및 630 nm이다. 오션 나노테크로부터의 양자 도트들은 상이한 작용기(functional group)들, 예를 들어 아민, COOH, 페닐보론 산(PBA)을 갖는 양자 도트들과, 양친매성 폴리머(amphiphilic polymer) 및 PEG 코팅을 갖는 양자 도트들을 포함한다. 오션 나노테크로부터 입수할 수 있는 양자 도트들의 다른 예들은, 돌루엔으로 제공된 단일 코어 및 옥타데실아민 코팅 또는 양친매성 폴리머 및 PEG 코팅을 갖는 양자 도트들이다.
한 실시예에서, 마이크로플루이딕 분석 시스템은 바람직하게는 형광물질로부터, 방출된 광을 판독하기 위한 광학 판독기를 더 포함하고, 더 바람직하게는, 상기 판독기는 상기 기술된 SAF 구조를 통해 방출된 광을 판독하기 위해 구성된다.
본 발명은 또한 전술한 바와 같은 하나 이상의 SAF 구조를 갖는 반응 섹션을 포함하는 마이크로플루이딕 카트리지를 포함한다.
본 발명은 또한 제 1 면 및 제 2 대향 면을 가지며 상기 제 1 면에 리세스를 갖는 베이스 부와, 상기 리세스를 덮고 마이크로플루이딕 카트리지 포일 면을 제공하기 위해 상기 베이스 부에 고정된 포일을 포함하는 마이크로플루이딕 카트리지를 포함하며, 상기 리세스 및 상기 포일을 갖는 상기 베이스 부는 유동 채널 및 싱크를 형성한다. 상기 유동 채널은 길이를 가지며, 반응 섹션 및 상류 단부 및 하류 단부를 포함한다. 상기 싱크는 상기 싱크의 하류에 있는 유동 채널과 유체 연통하며, 상기 마이크로플루이딕 카트리지는 상기 반응 섹션의 상류에 있는 유동 채널 내로의 입구 개구를 포함한다. 상기 유동 채널은 상기 입구 개구와 상기 반응 섹션 사이의 상류 측 밸브 섹션을 포함한다. 상기 유동 채널의 상기 밸브 섹션은 밸브 시트를 포함한다. 상기 밸브 시트는 바람직하게는 상기 베이스 부의 제 1 표면에 리지 구조(ridge structure)를 포함한다. 유리하게는, 상기 리지 구조는 상기 리세스 내의 상기 베이스 부의 제 1 표면으로부터 돌출하고 상기 리세스의 적어도 일부를 교차한다.
상기 마이크로플루이딕 카트리지는 유리하게는 전술한 바와 같을 수 있다.
본 발명은 또한 전술한 마이크로플루이딕 분석 시스템을 사용하여 분석을 수행하는 방법을 포함한다. 이 방법은:
- 상기 마이크로플루이딕 카트리지를 상기 오퍼레이터 시스템에 적용하는 단계로서, 상기 반응 섹션이 상기 온도 조절 요소에 매우 근접하게 되고 그때 상기 싱크 섹션을 덮고 있는 포일을 가압하도록 상기 액추에이터가 상기 싱크 섹션과 연관되고 상기 반응 섹션의 상류에 있는 유동 채널을 폐쇄하기 위해 상기 포일을 가압하도록 상류 측 밸브 섹션에서 상기 피스톤이 상기 유동 채널과 연관되는, 상기 마이크로플루이딕 카트리지를 상기 오퍼레이터 시스템에 적용하는 단계;
- 상기 싱크 밖으로 유체(예를 들면, 가스)를 밀어내기 위해 상기 싱크 섹션을 덮고 있는 상기 포일을 가압하도록 상기 액티베이터를 작동시키는 단계;
- 상기 유동 채널의 입구에 샘플을 공급하는 단계;
- 바람직하게는 상기 샘플이 적어도 부분적으로 상기 반응 섹션을 채우도록 상기 샘플을 흡입하기 위해 상기 싱크 섹션을 덮고 있는 포일을 적어도 부분적으로 릴리스(release)하도록 상기 액티베이터를 작동시키는 단계;
- 상류 측 밸브 섹션을 폐쇄하도록 상기 피스톤을 작동시키는 단계;
- 상기 포일을 가압하지 않고서 있게 될 것보다 더 높은 압력을 상기 반응 섹션에 적용하기 위해 상기 싱크 섹션을 덮고 있는 포일을 가압하도록 상기 액티베이터를 작동시키는 단계; 및
- 미리 결정된 온도 계획에 따라 상기 반응 섹션에서 상기 샘플의 온도를 조절하기 위해 상기 온도 조절 요소를 작동시키는 단계를 포함한다.
상기 온도 계획은 미리 결정된 시간 동안 예를 들어 37 ℃에서 온도를 일정하게 유지할 수 있으며, 이어서 낮은 온도로 냉각하고, 이후 상기 온도를 증가하는 등이다.
유리하게는, 적어도 상기 반응 섹션이 상기 온도 조절 요소에 매우 근접하게 유지될 때 경사지도록 상기 오퍼레이터 시스템은 상기 마이크로플루이딕 카트리지를 유지한다.
전술한 바와 같이, 선택적으로 형성된 거품들이 상기 반응 섹션의 판독 영역으로부터 완전히 또는 부분적으로 제거되어 거품들이 판독을 악화시키지 않도록 보장할 수 있다.
한 실시예에서, 상기 반응 섹션의 적어도 중심 축은 수평면에 대해 적어도 약 3 도, 예컨대 적어도 약 5 도, 예컨대 약 10 도 내지 약 45 도, 예컨대 약 15 도 내지 약 30 도의 경사각으로 경사져있다.
한 실시예에서, 상기 마이크로플루이딕 카트리지의 베이스 부는 실질적으로 평면이고 상기 마이크로플루이딕 카트리지는 오퍼레이터 시스템에 적용되어 상기 오퍼레이터 시스템이 상기 베이스 부를 수평면에 대해 경사진 위치로, 예컨대 적어도 약 3 도, 예컨대 적어도 약 5 도, 예컨대 약 10 도 내지 약 45 도, 예컨대 약 15 도 내지 약 30 도의 경사각으로 유지한다. 한 실시예에서, 상기 반응 섹션 내의 샘플은 미리 결정된 시간 동안 인큐베이션되며, 온도 계획에 따라 온도 조절을 받게 된다.
유리하게는, 상기 인큐베이션 시간은 30 분 미만, 예를 들어 2-10 분과 같이 비교적 짧다.
상기 유동 채널은 하류 측 밸브 섹션을 포함할 수 있고, 상기 오퍼레이터 시스템은 전술한 바와 같이 하류 측 밸브 섹션을 위한 연관된 피스톤을 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 상기 방법은 유리하게는 하류 측 밸브 섹션을 폐쇄하기 위해 연관된 피스톤을 작동시키는 단계를 포함하며, 상기 하류 측 밸브 섹션은 유리하게는 상기 반응 섹션에서 압력의 적용 후에 폐쇄된다. 따라서, 유체가 상기 반응 섹션 밖으로 빠져나갈 수 없기 때문에, 상기 반응 섹션에 인가된 압력은 매우 안정하게 유지될 수 있다. 상기 액추에이터는 비교적 높은 정확도로 특정 압력을 인가하도록 제어될 수 있는데 반하여, 시간에 걸쳐 안정된 압력을 유지하기 위해 액추에이터를 동작시키는 것은 더욱 어려울 수도 있다. 하류 측 밸브 섹션 및 연관된 피스톤에 의해 이를 폐쇄하는 것은 더욱 간단하게 높은 정확도로 원하는 압력을 유지할 수 있게 한다.
상기 반응 섹션이 형광물질을 포함하거나 또는 형광물질과 연관된 타겟에 대한 캡처 프로브들을 포함하는 경우, 상기 방법은 유리하게는 상기 샘플 내의 타겟의 존재를 정량적으로 또는 정성적으로 결정하는 단계를 포함하며, 여기에서 상기 방법은 상기 마이크로플루이딕 카트리지의 반응 섹션을 향해 여기 광을 방출하고, 선택적으로 방출된 신호를 판독하는 단계를 포함한다.
상기 타겟이 형광물질과 연관된다는 것은, 상기 형광물질이 링커 분자를 통해 상기 타겟에 직접적으로 또는 간접적으로 결합하도록 적응된다는 것을 의미한다.
전술한 바와 같이, 상기 마이크로플루이딕 카트리지는 바람직하게 광학 요소, 더욱 유리하게는 SAF 구조(들)를 포함한다.
상기 캡처 프로브들이 SAF 구조의 상부 섹션에 고정화되어있는 경우, 상기 캡처 프로브들에 의해 캡처되지 않는 형광물질들을 선택적으로 포함하는 샘플은 여기 및 판독 전에 제거될 필요가 없는데, 이는 (캡처 프로브들에 의해 캡처된) 부근의 형광물질들 만이 임계각 이상의 각으로 SAF 구조 내로 우세하게 전파될 광을 방출할 것이다. 다른 형광물질들(샘플에서 자유롭게 유동)은 모든 방향으로 광을 실질적으로 균일하게 방출할 것이고, 이에 따라 확산될(spread out) 것이다. 이에 따라, 사용자 또는 판독기는 배경 잡음(예를 들면, 확산되어 방출된 광과 같은)이 무엇인지 및 실제 신호가 무엇인지를 결정할 수 있다. 그러나, 일부 분석들의 경우, 여기 광을 방출하고 판독하기 전에 상기 반응 섹션으로부터 상기 샘플을 회수하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 캡처 프로브가 상기 유동 채널의 반응 섹션 내의 표면에 고정화되는 한 실시예에서, 상기 방법은 유리하게는 상기 상류 측 밸브 섹션 및 선택적 하류 측 밸브 섹션을 개방하도록 상기 피스톤(들)을 작동시키는 단계, 및 상기 반응 섹션 밖으로 상기 샘플을 흡입하도록 바람직하게는 상기 싱크 내로 상기 샘플을 부분적으로 또는 완전히 흡입하도록 상기 액티베이터를 작동하는 단계를 포함한다. 유리하게는 상기 샘플은 상기 반응 섹션을 향해 여기 광을 방출하고 판독하기 전에 상기 반응 섹션으로부터 흡입된다.
한 실시예에서, 물과 같은 또 다른 유체는 상기 반응 섹션을 향해 여기 광을 방출하고 판독하기 전에 상기 반응 섹션으로 공급된다.
한 실시예에서, 상기 캡처 프로브는 상기 반응 섹션 내의 베이스 부 또는 포일의 광학 요소에 고정화되며, 상기 광학 요소는 유리하게는 전술한 바와 같이 상기 캡처 프로브에 결합된 형광물질로부터 방출된 광을 재지향하고 바람직하게는 조준하도록 구성된다.
상기 여기 광은 바람직하게는 상기 광학 요소가 부분이 되는 마이크로플루이딕 카트리지의 측면으로부터 광학 요소들 쪽으로 방출되며, 즉, 광학 요소들이 베이스 부의 일부를 형성하는 경우 상기 여기 광은 상기 마이크로플루이딕 카트리지의 베이스 부 측을 향해 방출되고, 예를 들어 상기 여기 광이 상기 베이스 부의 제 2 표면 상으로 충돌하게 한다.
상기 광학 요소가 SAF 구조인 경우, 상기 여기 광은 유리하게는 상기 SAF 구조의 상부 표면에 실질적으로 수직인 전파 방향으로 상기 SAF 구조 쪽으로 방출되며, 바람직하게는 상기 여기 광이 상기 캡처 프로브들에 의해 캡처된 형광물질들을 여기시키기 위해 상기 SAF 구조를 통해 전파되게 한다.
범위들 및 바람직한 범위들을 포함하는 본 발명의 모든 특징들 및 본 발명의 실시예들은 본 발명의 범위 내에서 다양한 방식들로 결합될 수 있는데, 즉, 이러한 특징을 결합하지 않을 특별한 이유가 없는 한 가능하다.
본 발명의 상기 및/또는 추가의 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대한 다음의 예시적이고 비-제한적인 설명에 의해 더 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로플루이딕 카트리지의 개략적인 평면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로플루이딕 카트리지의 개략적인 평면도이다.
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 동작중인 마이크로플루이딕 분석 시스템의 한 실시예의 개략도이다.
도 3e는 도 3d에 대응하는 것으로, 적어도 반응 섹션이 수평면에 대해 경사진 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로플루이딕 카트리지의 사시도이다.
도 5는 마이크로플루이딕 오퍼레이터 시스템 및 복수의 마이크로플루이딕 카트리지를 포함하는 마이크로플루이딕 분석 시스템의 사시도이다.
도 6a,도 6b 및 도 6c는 반응 섹션이 타겟 프로브를 포함하는 동작중인 마이크로플루이딕 분석 시스템의 한 실시예의 개략도이다.
도 7은 SAF 구조의 사시도 및 단면도이다.
도 8은 또 다른 SAF 구조의 단면도이다.
도 9는 베이스 부가 SAF 형 구조로 형상화된 마이크로플루이딕 카트리지의 단면도이다.
도 10은 이미터-판독기 어셈블리를 형성하는 이미터 및 판독기 유닛의 개략적인 측면도이다.
도 11은 이미터 및 판독기 유닛의 방출 및 수용 면을 도시한다.
도 12는 본 발명의 한 실시예의 마이크로플루이딕 분석 시스템에 적합한 마이크로플루이딕 오퍼레이터 시스템을 도시한다.
도면들은 명료성을 위해 개략적이며 단순화한 것이다. 전체적으로, 동일한 또는 대응하는 부분에는 동일한 참조 번호가 사용된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로플루이딕 카트리지의 개략적인 평면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로플루이딕 카트리지의 개략적인 평면도이다.
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 동작중인 마이크로플루이딕 분석 시스템의 한 실시예의 개략도이다.
도 3e는 도 3d에 대응하는 것으로, 적어도 반응 섹션이 수평면에 대해 경사진 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로플루이딕 카트리지의 사시도이다.
도 5는 마이크로플루이딕 오퍼레이터 시스템 및 복수의 마이크로플루이딕 카트리지를 포함하는 마이크로플루이딕 분석 시스템의 사시도이다.
도 6a,도 6b 및 도 6c는 반응 섹션이 타겟 프로브를 포함하는 동작중인 마이크로플루이딕 분석 시스템의 한 실시예의 개략도이다.
도 7은 SAF 구조의 사시도 및 단면도이다.
도 8은 또 다른 SAF 구조의 단면도이다.
도 9는 베이스 부가 SAF 형 구조로 형상화된 마이크로플루이딕 카트리지의 단면도이다.
도 10은 이미터-판독기 어셈블리를 형성하는 이미터 및 판독기 유닛의 개략적인 측면도이다.
도 11은 이미터 및 판독기 유닛의 방출 및 수용 면을 도시한다.
도 12는 본 발명의 한 실시예의 마이크로플루이딕 분석 시스템에 적합한 마이크로플루이딕 오퍼레이터 시스템을 도시한다.
도면들은 명료성을 위해 개략적이며 단순화한 것이다. 전체적으로, 동일한 또는 대응하는 부분에는 동일한 참조 번호가 사용된다.
본 발명의 적용 범위는 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 본 상세한 설명 및 예들로부터 본 발명의 사상 및 범위 내의 다양한 변화들 및 수정들이 당업자에게 명백해질 것이므로, 이러한 상세한 설명 및 예들은 본 발명의 적절한 실시예들을 나타내고는 있지만 단지 예시로서 주어진 것임을 이해해야한다.
도 1의 마이크로플루이딕 카트리지는 포일과 베이스 부 사이에 형성된 5 개의 유동 채널(1)을 포함한다. 상기 마이크로플루이딕 카트리지는 포일 측에서 보여진 것이다. 각각의 마이크로플루이딕 카트리지는 반응 섹션(2)의 양측에 상류 단부(upstream end) 및 하류 단부(downstream end)를 포함한다. 상기 반응 섹션(2)은 상기 유동 채널(1)의 나머지 부분보다 넓다는 것을 알 수 있다. 각각의 채널은 싱크(3)와 유체 연통된다. 도시된 실시예에서, 각각의 채널은 그 자신의 싱크(3)를 갖는다. 하나의 변형으로서, 둘 이상의 채널들이 공통 싱크와 유체 연통될 수 있다. 마이크로플루이딕 카트리지는 유동 채널들(1)을 위한 공통 입구(4)를 갖는다. 각각의 유동 채널은 또한 상류 측 밸브 섹션(5)을 포함하는데, 상기 상류 측 밸브 섹션(5)은 전술한 바와 같이 마이크로플루이딕 오퍼레이터 시스템의 연관된 피스톤에 의해 폐쇄될 수 있다. 상기 유동 채널들은 상기 채널 내에 인가된 형광물질(6)을 포함할 수 있으며, 상기 형광물질은 예를 들어 반응 섹션(2)에 고정화된 배열된 캡처 프로브들에 의해 캡처될 수 있는 타겟과 반응하도록 적응된다. 반응 섹션을 포함하는 마이크로플루이딕 카트리지의 영역(2a)은 유리하게는 예를 들어 전술한 바와 같이, 상기 반응 섹션(2) 내의 샘플의 온도를 조절하기 위한 마이크로플루이딕 오퍼레이터 시스템의 온도 조절 요소와 연관된다.
상기 포일은 가요성(flexible)이고, 사용시, 상기 싱크들은 마이크로플루이딕 오퍼레이터 시스템의 액추에이터들에 의해 가압되고(depress), 샘플이 입구에 인가되고, 상기 액추에이터들은 상기 포일을 릴리스하여 상기 샘플이 상기 채널들로 흡입된다. 액추에이터는 예를 들어 제 1 릴리스 단계에서 부분적으로만 릴리스될 수 있어, 상기 샘플이 형광물질들을 포함하는 유동 채널(1)의 일부로 흡입되고, 거기에서 상기 샘플이 특정의 미리 결정된 시간 동안 상기 형광물질들(6)을 부유(suspend)시키도록 허용될 수 있게 된다. 이후, 상기 액추에이터는 상기 샘플을 반응 섹션(2)으로 회수(withdraw)하도록 추가로(예를 들어, 완전히) 릴리스될 수 있다. 상기 샘플은 예를 들어 전술한 바와 같이, 온도 조절을 받게 된다. 이후, 선택적으로 형광물질들을 포함하는 캡처된 타겟들이 광학적으로 검출될 수 있다. 선택적으로 상기 샘플은 상기 광학 검출 전에 상기 반응 섹션들로부터 상기 싱크들로 이동된다.
도 2의 마이크로플루이딕 카트리지는 포일(17)과 베이스 부(16) 사이에 단일 유동 채널(11) 및 싱크(13)를 포함한다. 상기 베이스 부(16)는 제 1 면(16a) 및 제 2 대향 면(16b)을 가지며, 상기 제 1 면 내의 리세스 및 상기 리세스를 덮기 위해 상기 베이스 부에 고정된 포일(17)을 구비한다. 포일 면은 상기 베이스 부(16)로 부터 떨어져 면하는 상기 포일(17)의 면이 된다.
상기 유동 채널은 그 입구(14)로부터 싱크(13)까지의 길이를 갖고, 반응 섹션(12) 및 상류 단부 및 하류 단부를 포함하며, 상기 싱크(13)는 상기 반응 섹션의 하류에 있는 유동 채널(11)과 유체 연통한다.
상기 베이스 부(16)는 반응 섹션(12)에서 더 얇게 되어, 베이스 부 측(12a)으로부터의 최적의 여기 및 판독을 보장한다.
상기 유동 채널(15)은 또한 상류 측 밸브 섹션(15)을 포함하며, 상기 상류 측 밸브 섹션(15)은 전술한 바와 같이 마이크로플루이딕 오퍼레이터 시스템의 연관된 피스톤에 의해 폐쇄될 수 있다. 상기 상류 측 밸브 섹션(15)은 상기 피스톤의 피스톤 헤드에 의해 가압 될 때 포일에 대해 밀봉하기 위한 밀봉부(seal)를 포함하는 밸브 시트를 갖는다.
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 동작중인 마이크로플루이딕 분석 시스템의 실시예를 도시한다.
상기 마이크로플루이딕 분석 시스템은 마이크로플루이딕 카트리지 및 연관된 마이크로플루이딕 오퍼레이터 시스템을 포함한다. 상기 마이크로플루이딕 카트리지는 제 1 면 및 제 2 대향 면을 가지며 상기 제 1 면 내에 리세스가 있는 베이스 부(26)와, 상기 리세스를 덮기 위해 상기 베이스 부(26)에 고정된 포일(27)을 포함한다. 상기 리세스를 갖는 베이스 부(26) 및 상기 포일(27)은 유동 채널(21) 및 싱크(23)를 형성한다. 상기 마이크로플루이딕 카트리지는 전술한 바와 같이 상기 베이스 부(26)에 오리피스(orifice)에 의해 형성된 입구 개구(24)를 포함한다.
상기 오리피스를 덮고 있는 포일(17) 및 상기 오리피스 주변의 베이스 부의 에지가 상기 샘플의 드롭을 위해 충분히 큰 공동을 제공하도록, 상기 오리피스를 충분히 크게 제공함으로써, 샘플을 엎지르는 위험이 감소된다.
상기 유동 채널(21)은 상류 측 밸브 부(25) 및 반응 섹션(22)을 구비한다.
오퍼레이터 시스템은 프레임(28), 피스톤(29b), 온도 조절 요소(28a) 및 액추에이터(29a)를 구비하며, 이들은 마이크로플루이딕 카트리지의 포일 면이 상기 오퍼레이팅 시스템과 접촉하여 위치되고 상기 반응 섹션(22)이 상기 온도 조절 요소(28a)에 매우 근접하게 될 수 있으며, 이때, 상기 액추에이터(29a)는 상기 싱크 섹션(23)을 덮고 있는 포일(27)을 가압하도록 상기 싱크 섹션(23)과 연관되고, 상기 피스톤(29b)은 상기 반응 섹션(22)의 상류에 있는 유동 채널(21)을 폐쇄하기 위해 상기 포일(27)을 가압하도록 상기 상류 측 밸브 섹션(25)에서 상기 유동 채널(21)과 연관되도록, 위치된다.
도 3a에서, 마이크로플루이딕 카트리지는 마이크로플루이딕 오퍼레이터 시스템과 접촉하여 위치된다. 도시된 바와 같이, 반응 섹션(22)은 온도 조절 요소(28a)에 매우 근접하게 위치되고, 액추에이터(29a)는 싱크 섹션(23)을 덮고 있는 포일(27)을 가압하도록 상기 싱크 섹션(23)과 연관되고, 피스톤(29b)은 반응 섹션(22)의 상류 측의 유동 채널(21)를 폐쇄하기 위해 포일(27)을 가압하도록 상류 측 밸브 섹션(25)에서 유동 채널(21)과 연관된다.
관측될 수 있는 바와 같이, 반응 섹션을 덮고 있는 포일(27a)은 상기 반응 섹션의 볼륨을 감소시키기 위해 베이스 부 쪽으로 디플렉트(deflect)되는 경향을 갖는다. 이러한 효과는, 본 명세서에서 설명된 바와 같이 압력이 가해지지 않는 한, 반응 섹션이 유체를 포함할 때 증가하는 것으로 나타났다.
액추에이터(28a)에서 화살표로 표시된 바와 같이, 상기 액추에이터가 작동하여 싱크(23)를 덮고 있는 포일(27)을 가압하고 그에 따라 입구(24)를 통해 유동 채널(21) 밖으로 공기를 밀어낸다. 그 후, 도 3b에 도시된 바와 같이, 한 방울의 샘플이 입구(24)에 공급되고, 액추에이터가 릴리스됨으로써, 상기 샘플이 상기 유동 채널(21) 및 반응 섹션(22)으로 흡입된다. 도 3c 및 도 3d에서, 상기 샘플은 도시되지 않았지만, 상기 샘플이 마이크로플루이딕 카트리지 내에 있다고 해석되어야한다.
도 3c에서 피스톤(29b)이 작동하여 상류 측 밸브 섹션(25)을 폐쇄한다. 그 후, 액추에이터(29a)가 작동하여 싱크(23)를 덮고 있는 포일(27)을 가압하고, 그에 따라 반응 섹션 내의 압력을 약간 상승시켜 반응 섹션(22)을 덮고 있는 포일(27a')이 더 이상 베이스 부(26)를 향하여 가압되지 않고 오히려 베이스 부(26)로부터 떨어지는 방향으로 디플렉트된다. 즉, 약간 불록해진다.
도 3d는 액추에이터(29a)가 싱크(23)를 덮고 있는 포일(27)을 가압하는 동안의 액추에이터(29a)를 도시한다.
마이크로플루이딕 카트리지는 반응 섹션(22)으로부터 샘플을 제거하는데 사용될 수 있는 회수 홈(withdrawing depression)(22a)을 포함한다. 바늘을 갖는 흡입기는 상기 회수 홈(22a)에서 반응 섹션(22)으로 얇은 벽을 천공(puncture)하는데 사용될 수 있다.
도 3e는 도 3d에 대응하는 것으로, 여기에서 오퍼레이터 시스템은, 적어도 반응 섹션이 수평면에 대해 경사지는 것을 보장하기 위한 하부구조(foundation)(F)를 포함한다. 상기 반응 중심의 중심 축(RC)은 수평면(H)에 대해 경사지고, 상기 베이스 부의 평면(PB)도 또한 수평면(H)에 대해 경사져있음을 알 수 있다. 경사진 위치로 인하여, 예를 들어 온도 조절에 의해 야기된, 상기 반응 챔버에서 형성된 임의의 거품들은 상기 싱크 섹션으로 이동할 것이고, 그에 따라 그러한 거품들은 광학적 판독을 악화시키지 않을 것이다.
도 4의 마이크로플루이딕 카트리지는 포일과 베이스 부 사이에 형성된 유동 채널(31) 및 싱크(43)를 포함한다. 상기 마이크로플루이딕 카트리지는 유동 채널(31)에 대한 입구(34)를 포함한다. 상기 유동 채널(31)은 상류 측 밸브 섹션(35), 반응 섹션(32) 및 하류 측 밸브 섹션(35a)을 갖는다.
도 5에서, 도 4에 도시된 다수의 마이크로플루이딕 카트리지(30)는 마이크로플루이딕 오퍼레이터 시스템(40)과 함께 마이크로플루이딕 분석 시스템을 형성한다. 상기 마이크로플루이딕 카트리지(30) 중 하나가 마이크로플루이딕 오퍼레이터 시스템(40)의 슬롯에 삽입되는 것을 볼 수 있다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 동작중에 마이크로플루이딕 분석 시스템의 한 실시예를 도시하며, 여기에서 상기 반응 섹션은 전술한 바와 같이 SAF 구조에 선택적으로 고정화된 타겟 프로브들(42b)을 포함한다.
상기 마이크로플루이딕 분석 시스템은 마이크로플루이딕 카트리지 및 연관된 마이크로플루이딕 오퍼레이터 시스템을 포함한다. 상기 마이크로플루이딕 카트리지는 제 1 면 및 제 2 대향 면을 가지며 상기 제 1 면에 리세스를 갖는 베이스 부(46) 및 상기 리세스를 덮기 위해 상기 베이스 부(46)에 고정된 포일(47)을 포함한다. 상기 리세스를 갖는 베이스 부(46) 및 포일(47)은 유동 채널(41) 및 싱크(43)를 형성한다. 마이크로플루이딕 카트리지는 전술한 바와 같이 베이스 부(46)의 오리피스에 의해 형성된 입구 개구(24)를 포함한다.
유동 채널(41)은 상류 측 밸브 섹션(45) 및 반응 섹션(42)을 구비한다.
상기 반응 섹션(42)은 상기 베이스 부(46)에, 바람직하게는 SAF 구조의 상부 표면 상에 고정환된 캡처 프로브들(42)을 포함한다.
상기 오퍼레이터 시스템은 지지 프레임(48), 피스톤(49b), 온도 조절 요소(48a) 및 액추에이터(49a)를 구비하며, 이들은 마이크로플루이딕 카트리지의 포일 면이 상기 오퍼레이팅 시스템과 접촉하여 위치되어 상기 반응 섹션(42)이 상기 온도 조절 요소(48a)에 매우 근접하게 될 수 있고, 이때, 상기 액추에이터(49a)는 상기 싱크 섹션(43)을 덮고 있는 포일(47)을 가압하도록 상기 싱크 섹션(43)과 연관되고, 상기 피스톤(49b)은 상기 반응 섹션(42)의 상류에 있는 유동 채널(41)을 폐쇄하기 위해 상기 포일(47)을 가압하도록 상기 상류 측 밸브 섹션(45)에서 상기 유동 채널(41)과 연관되도록, 위치된다.
상기 베이스 부(46)는 상기 반응 섹션(42)에서 더 얇게 되어 그에 의해 상기 베이스 부(46)에 공동(42a)을 형성하고 상기 공동(42a)에서 상기 베이스 부 측으로부터 최적의 여기 및 판독을 보장한다.
도 6a에서, 상기 마이크로플루이딕 카트리지는 상기 반응 섹션(41)이 온도 조절 요소(28a)에 매우 근접하게 위치되게 상기 마이크로플루이딕 오퍼레이터 시스템과 접촉하여 위치된다.
관찰될 수 있는 바와 같이, 상기 반응 섹션(42)을 덮고 있는 포일(47a)은 상기 베이스 부(46)의 리세스 쪽으로 약간 디플렉트된다.
액추에이터(48a)에서 화살표로 표시된 바와 같이, 상기 액추에이터가 작동하여 싱크(43)를 덮고 있는 포일(47)을 가압하고 그에 따라 입구(24)를 통해 유동 채널(41) 밖으로 공기를 밀어낸다. 한 방울의 샘플이 입구(44)에 공급되고, 액추에이터가 릴리스됨으로써, 상기 샘플이 상기 유동 채널(41) 및 상기 반응 섹션(42)으로 흡입된다. 도 3c에서, 상기 샘플은 도시되지 않았지만, 상기 샘플이 마이크로플루이딕 카트리지 내에 있다고 해석되어야한다.
도 6b에서, 피스톤(49b)이 작동하여 상류 측 밸브 섹션(45)을 폐쇄한다. 그 후, 액추에이터(49a)가 작동하여 싱크(43)를 덮고 있는 포일(47)을 가압하고, 그에 따라 상기 반응 섹션 내의 압력을 약간 상승시켜 상기 반응 섹션(42)을 덮고 있는 포일(47a')이 더 이상 베이스 부(46)의 리세스 쪽으로 디플렉트되지 않고 오히려 베이스 부(26)로부터 떨어지는 방향으로 디플렉트된다. 즉, 약간 부풀어진다.
도 7에 도시된 SAF 구조는 상부 표면(51) 및 절단체 각(frustum angle)(α)을 갖는 원뿔형 절단체 형상을 갖는다. 절단체 각(α)은 초임계 각(θc)보다 작다.
상기 상부 표면(51)에서 형광물질들에 대해, 대부분의 형광물질은 고 굴절 매체(n2)로, 즉 임계각의 방향으로 SAF 구조로 방출된다.
도 8에 도시된 SAF 구조는 원추형 절단체 형상을 가지며, 고정화된 캡처 프로브들을 포함하는 상부 표면이 형광물질(52a)을 갖거나 그와 결합된 타겟을 캡처한다. 상기 SAF 구조는 돌출 높이 h, 상부 표면 직경 tD 및 하부 직경 bD를 갖는다. 상기 SAF 구조는 상기 반응 섹션에서 베이스 부(56)의 부분이 되며, 여기서 상기 베이스 부(56)는 예를 들어 도 6a, 도 6b 및 도 6c에 도시된 바와 같이, 비교적 얇다. 상기 형광물질들(52a)은 도 8에 도시된 바와 같이 상기 베이스 부 측으로부터의 여기 광을 방출함으로써 여기된다. 상기 여기된 형광물질은 초임계 각(θc) 이상의 각으로, 상기 반응 섹션 내의 샘플, 공기 또는 물보다 높은 굴절률을 갖는, SAF 구조체에 이방성으로 광을 방출한다. 상기 방출된 광은 시준되고, 광의 서클(circle)로서 판독기에 의해 판독될 수 있다.
도 9는 마이크로플루이딕 카트리지의 변형을 도시한다. 상기 마이크로플루이딕 카트리지는 유동 채널의 반응 섹션(62)을 통한 단면으로 도시된다.
본 실시예에서, 베이스 부(66)는 SAF 구조를 형성하는 직각의 사다리꼴 단면(right-angled trapezoid cross-section)을 갖는다. 상기 베이스 부(66)는 형광 물질들(62a)을 갖거나 그와 결합된 타켓을 캡처한 고정화된 캡처 프로브들(62a)을 포함하는 상부 표면을 갖는다. 바닥 부(66)는 또한 반응 섹션(62)을 포함하는 유동 채널을 형성하기 위해 포일(67)에 고정된 플랜지들(66a)을 포함한다.
상기 직각 사다리꼴 SAF 구조는 돌출 높이 h, 상부 표면 직경 tD, 및 하부 직경 bD를 갖는다.
직각 사다리꼴 SAF 구조로 인해, 상기 형광물질들(62a)은 E1로 표시된 바와 같이 상기 직각 사다리꼴 SAF 구조의 중심부에서 여기 광을 방출함으로써 여기될 수 있다. 대안적으로 또는 동시에, 상기 형광물질들(62a)은 E2로 나타낸 바와 같이 상긱 직각 사다리꼴 SAF 구조의 측벽들(66b)을 향해 여기 광을 방출함으로써 간접적으로 여기될 수 있다. 상기 방출된 여기 광은 상기 측벽(66b)에 의해 상기 형광물질을 향해 반사된다. 상기 형광물질들(62a)로부터의 신호는 2 개의 평행한 라인들로서 R로 표시된 바와 같이 판독될 수 있다.
도 10에 도시된 이미터-판독기 어셈블리는, 상기 형광물질들의 각각의 파장들을 여기하기 위한 각각의 중심 파장들을 갖는 복수의 도시되지 않은 다이오드들을 포함하는 케이스(70)를 포함한다. 상기 이미터-판독기 어셈블리는 마이크로플루이딕 카트리지의 반응 섹션에서 캡처 프로브에 의해 캡처된 도시되지 않은 형광물질들을 향해 광을 안내하기 위해 각각의 다이오드와 광 연결되는 복수의 광섬유들을 포함하는 이미터 섬유 번들(71)을 더 포함한다. 상기 이미터 섬유 번들(71)은 광(79)이 방출되는 광섬유들의 이미터 출력 단부들(73)에 인접한 길이 섹션(72)을 갖는다.
상기 길이 섹션(72)에서, 상기 이미터 번들(71)은 상기 길이 섹션이 공통 이미터-판독기 길이 섹션(72)이 되도록 판독기 섬유 번들(76)과 병합된다. 상기 공통 이미터-판독기 길이 섹션(62)은 슬리브(74)에 의해 함께 유지(hold)된다. 상기 판독기 섬유 번들(76)은 형광물질들로부터 광학 신호(79)를 수신하도록 배열된 판독기 입력 단부들(75)을 갖는 복수의 광섬유들을 포함한다. 상기 판독기 섬유 번들(76)은 커넥터(77)에 고정되고, 이는 예를 들면 또다른 섬유 번들의 형태로, 도파관(78)을 통해 예를 들면 분광기인 도시되지 않은 판독 유닛에 접속된다.
이미터 출력 단부들(73) 및 판독기 입력 단부들(75)은 유리하게는 미리 결정된 패턴으로 배열된다. 상기 미리 결정된 패턴은 유리하게는 높은 여기 속도 및 높은 판독 속도를 얻는 것과 같이 선택된다. 이미터 출력 단부들(73)은 유리하게는 판독기 입력 단부들(75)에 의해 둘러싸여져 상기 형광물질들의 최적의 여기 및 상기 형광물질들부터의 상기 방출된 광의 판독을 보장한다.
도 11은 이미터 및 판독기 유닛의 방출 및 수신 면, 예를 들어 원하는 미리 결정된 패턴으로 배열된 이미터 출력 단부들(73) 및 판독기 입력 단부들(75)을 도시하며, 상기 이미터 출력 단부들(73)은 중심 부에 배열되고, 상기 판독기 입력 단부들(75)은 상기 이미터 출력 단부들(73)을 둘러싼다.
도 12는 본 발명의 한 실시예의 마이크로플루이딕 분석 시스템에 적합한 마이크로플루이딕 오퍼레이터 시스템을 도시한다. 상기 마이크로플루이딕 오퍼레이터 시스템은 바람직하게는 형광물질들을 여기하기 위한 이미터 및 상기 형광물질들로부터 방출된 신호들 판독하기 위한 판독기와 결합하여 상기 오퍼레이터 시스템을 포함한다.
도면들은 명료성을 위해 개략적이며 단순화한 것이다. 전체적으로, 동일한 또는 대응하는 부분에는 동일한 참조 번호가 사용된다.
Claims (71)
- 마이크로플루이딕 카트리지(microfluidic cartridge) 및 연관된 마이크로플루이딕 오퍼레이터 시스템을 포함하는 마이크로플루이딕 분석 시스템(microfluidic assay system)으로서,
상기 마이크로플루이딕 카트리지는 제 1 면 및 제 2 대향 면을 가지며 상기 제 1 면에 리세스를 갖는 베이스 부와 상기 베이스 부에 고정되어 상기 리세스를 덮고 상기 마이크로플루이딕 카트리지의 포일 면을 형성하는 포일(foil)을 포함하고, 상기 리세스를 갖는 상기 베이스 부 및 상기 포일은 유동 채널(flow channel) 및 싱크(sink)를 형성하고, 상기 유동 채널은 길이를 가지며 반응 섹션과 상류 단부와 하류 단부를 포함하고, 상기 싱크는 상기 반응 섹션의 하류에 있는 유동 채널과는 유체 연통되고, 상기 마이크로플루이딕 카트리지는 상기 반응 섹션의 상류에 있는 상기 유동 채널로의 입구 개구(inlet opening)를 포함하고,
상기 오퍼레이터 시스템은 피스톤, 온도 조절 요소, 및 액추에이터를 포함하며, 이들은 상기 마이크로플루이딕 카트리지의 상기 포일 면이 상기 오퍼레이터 시스템과 접촉하여 위치되어 상기 반응 섹션이 상기 온도 조절 요소에 매우 근접하도록 적응되고, 이때 상기 액추에이터는 상기 싱크 섹션을 덮고 있는 포일을 가압하도록 상기 싱크 섹션에 연관되고 상기 피스톤은 상기 반응 섹션의 상류에 있는 유동 채널을 폐쇄하기(close off) 위해 상기 포일을 가압하도록 상류 측 밸브 섹션에서 상기 유동 채널과 연관되도록 위치되는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 오퍼레이터 시스템은 적어도 상기 반응 섹션이 상기 온도 조절 요소에 매우 근접하게 유지될 때 경사지게 되도록 상기 마이크로플루이딕 카트리지를 유지하도록 적응되며, 바람직하게는 상기 반응 섹션의 적어도 중심 축이 예를 들어 적어도 약 3 도, 예컨대 적어도 약 5 도, 예컨대 약 10 도 내지 약 45 도, 예컨대 약 15 도 내지 약 30 도의 경사각으로 수평면에 대해 경사지는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 마이크로플루이딕 카트리지의 상기 베이스 부는 실질적으로 평면이고, 상기 오퍼레이터 시스템은 상기 베이스 부가 예를 들어 적어도 약 3 도, 예컨대 적어도 약 5 도, 예컨대 약 10 도 내지 약 45 도, 예컨대 약 15 도 내지 약 30 도의 경사각으로 수평면에 대해 경사지게 상기 마이크로플루이딕 카트리지를 유지하도록 적응되는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 채널로의 상기 입구 개구는 상기 상류 단부에 배열되고, 바람직하게는 상기 입구 개구는 상기 베이스 부를 통해 오리피스에 의해 제공되는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입구에 바로 인접한 상기 유동 채널은, 상기 입구 개구의 폭보다 작은, 상기 포일 면으로부터의 평면도로 본 폭을 가지며, 바람직하게는 상기 폭은 약 10 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 예컨대 약 25 ㎛ 내지 약 200 ㎛가 되는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 싱크는 상기 포일 면으로부터의 평면도에서 본 폭을 가지며, 이는 상기 유동 섹션의 최대 폭보다 더 큰, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 싱크는 상기 유동 채널의 전체 볼륨의 적어도 0.5 배, 예컨대 상기 유동 채널의 적어도 대략의 전체 볼륨, 예컨대 상기 유동 채널의 볼륨의 약 1.5 내지 약 100 배, 예컨대 상기 유동 채널의 전체 볼륨의 약 2 내지 약 10 배인 볼륨을 갖는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 채널의 상기 밸브 섹션은 밸브 시트(valve seat)를 포함하고, 상기 밸브 시트는 바람직하게는 상기 베이스 부의 제 1 표면에 리지(ridge) 구조를 가지며, 상기 리지 구조는 상기 리세스에서 상기 베이스 부의 제 1 표면으로부터 돌출하고 상기 리세스의 적어도 일부를 교차(cross)하는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 리지 구조는 상기 유동 채널에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 밸브 시트는 상기 피스톤의 상기 피스톤 헤드에 의해 가압될 때 상기 포일에 대해 밀봉하기 위한 밀봉부(seal)를 포함하는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 섹션의 상기 밸브 섹션은 상기 유동 채널의 최소 폭의 폭보다 큰 폭을 갖는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피스톤은 피스톤 헤드를 포함하고, 상기 피스톤 헤드는 상기 유동 채널을 폐쇄하기 위해 상기 유동 채널의 상기 밸브 섹션에서 상기 리세스와 짝이 되도록(to be mated) 형성되는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 채널은 상기 상류 측 밸브 섹션으로부터 하류 측의 베이스 부 및/또는 포일을 통하는 어떠한 오리피스(orifice)도 없는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 싱크 및 상기 상류 측 밸브 섹션으로부터 하류 측의 유동 채널은 상기 상류 측 밸브 섹션이 상기 피스톤에 의해 폐쇄될 때 폐쇄된 볼륨을 구성하는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 채널은 하류 측 밸브 섹션을 포함하고, 상기 오퍼레이터 시스템은 상기 하류 측 밸브 섹션에 대해 연관된 피스톤을 포함하고, 바람직하게는 상기 하류 측 밸브 섹션은 상기 상류 측 밸브 섹션으로서 형성되는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응 섹션은 상기 입구에 바로 인접한 채널보다 큰, 상기 포일 면으로부터의 평면도에서 본 폭을 가지며, 바람직하게는 상기 반응 섹션은 인접하는 상류 및/또는 하류 유동 채널보다 큰 폭을 가지며, 더욱 바람직하게는, 상기 반응 섹션은 약 2 mm 내지 약 5 cm, 예컨대 약 5 mm 내지 약 2 cm의 평균 폭을 갖는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응 섹션은 타겟에 대한 캡처 프로브들(capture probes)을 포함하며, 상기 캡처 프로브들은 바람직하게는 상기 유동 채널의 반응 섹션 내의 표면에 고정화되는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 17 항에 있어서,
상기 캡처 프로브들은 상기 베이스 부의 제 1 면 및/또는 상기 포일에 고정화되는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응 섹션 내의 상기 베이스 부는 적어도 하나의 광학 요소를 포함하고, 상기 광학 요소는 바람직하게는 상기 베이스 부의 제 1 면의 부근에서 형광물질(fluorophore)로부터 방출된 광을 재지향(redirect)하고 바람직하게는 시준(collimate)하도록 구성되며, 바람직하게는 상기 광학 요소는 상기 베이스 부의 상기 제 1 면에 고정화된 타겟에 대한 캡처 프로브들을 포함하는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응 섹션 내의 상기 포일은 적어도 하나의 광학 요소를 포함하고, 상기 광학 요소는 바람직하게는 상기 반응 섹션 내의 상기 포일의 부근에서 형광물질로부터 방출된 광을 재지향하고 바람직하게는 시준하도록 구성되며, 바람직하게는 상기 광학 요소는 상기 반응 섹션 내의 상기 포일에 고정화된 타겟에 대한 캡처 프로브들을 포함하는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
상기 광학 요소는 렌즈 구조 및/또는 초임계각 형광 구조(supercritical angle fluorescence structure)(SAF 구조)를 포함하며, 상기 SAF 구조는 바람직하게는 상부 표면을 갖는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 21 항에 있어서,
상기 SAF 구조는 상기 베이스 부의 통합된 부분이고, 바람직하게는 남아있는 베이스 부와 동일한 재료인, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 21 항에 있어서,
상기 SAF 구조는 상기 베이스 부의 나머지 부분에 부분적으로 매립되거나 장착되며, 상기 SAF 구조는 상기 나머지 베이스 부와 동일한 재료이거나 상기 나머지 베이스 부의 재료보다 더 높은 굴절률을 갖는 재료와 같은 상이한 재료인, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 21 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 SAF 구조는 상기 포일을 향하여 돌출하는 절단체 형상(frustum shape)을 포함하고 그 상부 표면은 상기 포일을 향하며, 상기 캡처 프로브들은 바람직하게는 상기 상부 표면에 고정화되고, 상기 상부 표면은 바람직하게는 적어도 약 0.01 mm2, 예컨대 약 0.02 mm2 내지 약 1 mm2, 예컨대 약 0.03 mm2 내지 약 0.8 mm2, 예컨대 약 0.05 mm2 내지 약 0.5 mm2의 면적을 갖는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 21 항에 있어서,
상기 SAF 구조는 상기 포일 상에 장착되고 상기 구조의 제 1 면을 향해 돌출하며, 상기 SAF 구조는 상기 구조와 동일한 재료이거나 상기 구조의 재료보다 더 높은 굴절률을 갖는 재료와 같은 상이한 재료인, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 25 항에 있어서,
상기 SAF 구조는 상기 구조의 제 1 면을 향하여 돌출하는 절단체 형상을 포함하고 그 상부 표면은 상기 포일을 향하며, 상기 캡처 프로브들은 바람직하게는 상기 상부 표면에 고정화되고, 상기 상부 표면은 바람직하게는 적어도 약 0.01 mm2, 예컨대 약 0.02 mm2 내지 약 1 mm2, 예컨대 약 0.03 mm2 내지 약 0.8 mm2, 예컨대 약 0.05 mm2 내지 약 0.5 mm2의 면적을 갖는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 21 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 SAF 구조는 정사각형 절단체 형상, 오각형 절단체, 삼각형 절단체(잘려진 피라미드) 또는 원뿔 절단체로부터 선택된 절단체 형상을 포함하며, 바람직하게는 상기 절단체 형상은 원뿔 절단체인, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 27 항에 있어서,
상기 SAF 구조는 적어도 약 50 도, 예컨대 약 55 도 내지 약 75 도, 예컨대 약 58 도 내지 약 70 도, 예컨대 약 59 도 내지 약 65 도, 예컨대 약 60 도 내지 약 61 도, 바람직하게는 약 60 도인 절단체 각을 갖는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 21 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 SAF 구조는 상기 SAF 구조의 상부 표면 상에 고정화된 형광물질로부터 방출된 광을 재지향시키기에 충분히 큰 돌출 높이를 가지며, 바람직하게는 상기 SAF 구조는 적어도 약 0.03mm, 예컨대 적어도 약 0.1 mm의 돌출 높이를 가지며, 바람직하게는 상기 SAF 구조는 상기 SAF 구조의 상부 표면의 최대 직경의 약 1 배 내지 약 3 배의 돌출 높이를 갖는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 21 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 SAF 구조는 1.33보다 높은 굴절률, 예컨대 적어도 약 1.4의 굴절률, 예컨대 약 1.45 내지 약 1.65의 굴절률을 갖는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 19 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응 섹션은 SAF 구조들과 같은 복수의 상기 광학 요소들을 포함하는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 1 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 온도 조절기 요소는 펠티에 요소(Peltier element)와 같은 열전자 요소이며, 바람직하게는 상기 열전기 요소는 선택된 시간 구성으로 냉각 및 가열 모두에 대해 동작 가능한, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 1 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오퍼레이터 시스템은 상기 피스톤(들), 상기 온도 조절 요소 및 상기 액추에이터로부터 선택된 적어도 하나의 오퍼레이터 요소의 동작을 제어하도록 구성된 컴퓨터 시스템을 포함하며, 상기 컴퓨터 시스템은 바람직하게는 상기 오퍼레이터 요소(들)의 동작을 제어하기 위한 소프트웨어를 저장하는 메모리를 포함하는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 33 항에 있어서,
상기 컴퓨터는 분석 절차를 실행하도록 프로그램되고, 상기 분석 절차는 바람직하게는 상기 싱크 섹션을 덮고 있는 포일을 가압하도록 상기 액티베이터(activator)를 작동시키고, 상기 싱크 섹션을 덮고 있는 포일을 적어도 부분적으로 릴리스(release)하도록 상기 액티베이터를 작동시키고, 상기 상류 측 밸브 섹션을 폐쇄하도록 상기 피스톤을 작동시키고, 미리 결정된 온도 계획에 따라 상기 반응 섹션에서 샘플의 온도를 조절하도록 상기 온도 조절 요소를 작동시키는 것을 포함하는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 33 항 또는 제 34 항에 있어서,
상기 컴퓨터는 제 63 항 내지 제 71 항 중 어느 한 항에 따라 정의된 하나 이상의 방법들을 실행하기 위해 상기 오퍼레이터 요소들을 동작하도록 프로그램되는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 1 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마이크로플루이딕 분석 시스템은 상기 반응 섹션에서 형광물질을 여기시키기 위해 구성된 광원을 더 포함하고, 상기 광원은 바람직하게는 SAF 구조에서 캡처된 형광물질을 여기시키기 위해 구성되는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 1 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마이크로플루이딕 분석 시스템은 바람직하게는 형광물질로부터 방출된 광을 판독하기 위한 광학 판독기를 더 포함하고, 더 바람직하게는, 상기 판독기는 SAF 구조를 통해 방출된 광을 판독하기 위해 구성되는, 마이크로플루이딕 분석 시스템. - 제 1 면 및 제 2 대향 면을 가지며 상기 제 1 면에 리세스를 갖는 베이스 부와 상기 베이스 부에 고정되어 상기 리세스를 덮고 마이크로플루이딕 카트리지 포일 면을 제공하기 위한 포일을 포함하는 마이크로플루이딕 카트리지로서,
상기 리세스를 갖는 상기 베이스 부 및 상기 포일은 유동 채널 및 싱크를 형성하고, 상기 유동 채널은 길이를 가지며 반응 섹션과 상류 단부와 상기 반응 단부에 대한 하류 단부를 포함하고, 상기 싱크는 상기 싱크의 하류에 있는 유동 채널과는 유체 연통되고, 상기 마이크로플루이딕 카트리지는 상기 반응 섹션의 상류에 있는 상기 유동 채널로의 입구 개구를 포함하고, 상기 유동 채널은 상기 입구 개구와 상기 반응 섹션 사이의 상류 측 밸브 섹션을 포함하고, 상기 유동 채널의 상기 밸브 섹션은 밸브 시트를 포함하고, 상기 밸브 시트는 바람직하게는 상기 베이스 부의 제 1 표면에 리지 구조를 포함하며, 상기 리지 구조는 상기 리세스 내의 상기 베이스 부의 제 1 표면으로부터 돌출하고 상기 리세스의 적어도 일부를 교차하는, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 38 항에 있어서,
상기 유동 채널로의 상기 입구 개구는 상기 상류 단부에 배열되고, 바람직하게는 상기 입구 개구는 상기 베이스 부를 통해 오리피스에 의해 제공되는, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 38 항 또는 제 39 항에 있어서,
상기 입구에 바로 인접한 상기 유동 채널은, 상기 입구 개구의 폭보다 작은, 상기 포일 면으로부터의 평면도로 본 폭을 가지며, 바람직하게는 상기 폭은 약 10 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 예컨대 약 25 ㎛ 내지 약 200 ㎛가 되는, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 38 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 싱크는 상기 포일 면으로부터의 평면도에서 본 폭을 갖고, 이는 상기 유동 섹션의 최대 폭보다 더 크며, 바람직하게는 상기 싱크는 상기 유동 채널의 전체 볼륨의 적어도 0.5 배, 예컨대 상기 유동 채널의 적어도 대략의 전체 볼륨, 예컨대 상기 유동 채널의 볼륨의 약 1.5 내지 약 100 배, 예컨대 상기 유동 채널의 전체 볼륨의 약 2 내지 약 10 배인 볼륨을 갖는, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 38 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 리지 구조는 상기 유동 채널에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되는, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 38 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브 시트는 상기 피스톤에 대해 밀봉하기 위한, 바람직하게는 상기 피스톤의 피스톤 헤드에 대해 밀봉하기 위한 밀봉부를 포함하는, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 38 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 섹션의 상기 밸브 섹션은 상기 입구에 바로 인접한 상기 유동 채널의 폭보다 큰 폭을 갖는, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 38 항 내지 제 44 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 채널은 상기 상류 측 밸브 섹션으로부터 하류에 있는 베이스 부 또는 포일을 통하지 않는 어떠한 오리피스도 없는, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 38 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 싱크 및 상기 상류 측 밸브 섹션으로부터 하류 측의 상기 유동 채널은 상기 상류 측 밸브 섹션이 폐쇄될 때 폐쇄된 볼륨을 구성하는, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 38 항 내지 제 46 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 채널은 밸브 시트를 포함하는 하류 측 밸브 섹션을 포함하는, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 38 항 내지 제 47 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응 섹션이 상기 입구에 바로 인접한 채널보다 큰, 상기 포일 면으로부터의 평면도에서 본 폭을 가질 때, 바람직하게는 상기 반응 섹션은 인접하는 상류 및/또는 하류 유동 채널보다 큰 폭을 가지며, 더욱 바람직하게는 상기 반응 섹션은 약 2 mm 내지 약 5 cm, 예컨대 약 5 mm 내지 약 2 cm의 평균 폭을 갖는, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 38 항 내지 제 48 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응 섹션은 타겟에 대한 캡처 프로브들을 포함하며, 상기 캡처 프로브들은 바람직하게는 상기 유동 채널의 반응 섹션 내의 표면에 고정화되며, 바람직하게는 상기 캡처 프로브들은 상기 베이스 부의 제 1 면 및/또는 상기 포일에 고정화되는, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 38 항 내지 제 49 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응 섹션 내의 상기 베이스 부는 적어도 하나의 광학 요소를 포함하고, 상기 광학 요소는 바람직하게는 상기 베이스 부의 제 1 면의 부근에서 형광물질로부터 방출된 광을 재지향하고 바람직하게는 시준하도록 구성되며, 바람직하게는 상기 광학 요소는 상기 베이스 부의 상기 제 1 면에 고정화된 타겟에 대한 캡처 프로브들을 포함하는, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 38 항 내지 제 49 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응 섹션 내의 상기 포일은 적어도 하나의 광학 요소를 포함하고, 상기 광학 요소는 바람직하게는 상기 반응 섹션 내의 상기 포일의 부근에서 형광물질로부터 방출된 광을 재지향하고 바람직하게는 시준하도록 구성되며, 바람직하게는 상기 광학 요소는 상기 반응 섹션 내의 상기 포일에 고정화된 타겟에 대한 캡처 프로브들을 포함하는, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 50 항 또는 제 51 항에 있어서,
상기 광학 요소는 렌즈 구조 및/또는 초임계각 형광 구조(SAF 구조)를 포함하며, 상기 SAF 구조는 바람직하게는 상부 표면을 갖는, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 52 항에 있어서,
상기 SAF 구조는 상기 베이스 부의 통합된 부분이고, 바람직하게는 남아있는 베이스 부와 동일한 재료인, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 52 항에 있어서,
상기 SAF 구조는 상기 베이스 부의 나머지 부분에 부분적으로 매립되거나 장착되며, 상기 SAF 구조는 상기 나머지 베이스 부와 동일한 재료이거나 상기 나머지 베이스 부의 재료보다 더 높은 굴절률을 갖는 재료와 같은 상이한 재료인, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 52 항 내지 제 54 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 SAF 구조는 상기 포일을 향하여 돌출하는 절단체 형상을 포함하고 그 상부 표면은 상기 포일을 향하며, 상기 캡처 프로브들은 바람직하게는 상기 상부 표면에 고정화되고, 상기 상부 표면은 바람직하게는 적어도 약 0.01 mm2, 예컨대 약 0.02 mm2 내지 약 1 mm2, 예컨대 약 0.03 mm2 내지 약 0.8 mm2, 예컨대 약 0.05 mm2 내지 약 0.5 mm2의 면적을 갖는, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 52 항에 있어서,
상기 SAF 구조는 상기 포일 상에 장착되고 상기 구조의 제 1 면을 향해 돌출하며, 상기 SAF 구조는 상기 구조와 동일한 재료이거나 상기 구조의 재료보다 더 높은 굴절률을 갖는 재료와 같은 상이한 재료인, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 56 항에 있어서,
상기 SAF 구조는 상기 구조의 제 1 면을 향하여 돌출하는 절단체 형상을 포함하고 그 상부 표면은 상기 포일을 향하며, 상기 캡처 프로브들은 바람직하게는 상기 상부 표면에 고정화되고, 상기 상부 표면은 바람직하게는 적어도 약 0.01 mm2, 예컨대 약 0.02 mm2 내지 약 1 mm2, 예컨대 약 0.03 mm2 내지 약 0.8 mm2, 예컨대 약 0.05 mm2 내지 약 0.5 mm2의 면적을 갖는, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 52 항 내지 제 57 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 SAF 구조는 정사각형 절단체 형상, 오각형 절단체, 삼각형 절단체(잘려진 피라미드) 또는 원뿔 절단체로부터 선택된 절단체 형상을 포함하며, 바람직하게는 상기 절단체 형상은 원뿔 절단체인, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 58 항에 있어서,
상기 SAF 구조는 적어도 약 50 도, 예컨대 약 55 도 내지 약 75 도, 예컨대 약 58 도 내지 약 70 도, 예컨대 약 59 도 내지 약 65 도, 예컨대 약 60 도 내지 약 61 도, 바람직하게는 약 60 도인 절단체 각을 갖는, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 52 항 내지 제 59 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 SAF 구조는 적어도 약 0.03mm, 예컨대 적어도 약 0.1 mm의 돌출 높이를 가지며, 바람직하게는 상기 SAF 구조는 상기 SAF 구조의 상부 표면의 최대 직경의 약 1 배 내지 약 3 배의 돌출 높이를 갖는, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 52 항 내지 제 60 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 SAF 구조는 1.33(물의 굴절률)보다 높은 굴절률, 예컨대 적어도 약 1.4의 굴절률, 예컨대 약 1.45 내지 약 1.65의 굴절률을 갖는, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 52 항 내지 제 60 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응 섹션은 복수의 SAP 구조들을 포함하는, 마이크로플루이딕 카트리지. - 제 1 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항의 마이크로플루이딕 분석 시스템을 사용하여 분석을 수행하는 방법에 있어서:
- 상기 마이크로플루이딕 카트리지를 상기 오퍼레이터 시스템에 적용하는 단계로서, 상기 반응 섹션이 상기 온도 조절 요소에 매우 근접하게 되고 그때 상기 싱크 섹션을 덮고 있는 포일을 가압하도록 상기 액추에이터가 상기 싱크 섹션과 연관되고 상기 반응 섹션의 상류에 있는 유동 채널을 폐쇄하기 위해 상기 포일을 가압하도록 상류 측 밸브 섹션에서 상기 피스톤이 상기 유동 채널과 연관되는, 상기 마이크로플루이딕 카트리지를 상기 오퍼레이터 시스템에 적용하는 단계;
- 상기 싱크 밖으로 유체(예를 들면, 가스)를 밀어내기 위해 상기 싱크 섹션을 덮고 있는 상기 포일을 가압하도록 상기 액티베이터를 작동시키는 단계;
- 상기 유동 채널의 입구에 샘플을 공급하는 단계;
- 바람직하게는 상기 샘플이 적어도 부분적으로 상기 반응 섹션을 채우도록 상기 샘플을 흡입하기 위해 상기 싱크 섹션을 덮고 있는 포일을 적어도 부분적으로 릴리스하도록 상기 액티베이터를 작동시키는 단계;
- 상기 상류 측 밸브 섹션을 폐쇄하도록 상기 피스톤을 작동시키는 단계;
- 상기 포일을 가압하지 않고서 있게 될 것보다 더 높은 압력을 상기 반응 섹션에 적용하기 위해 상기 싱크 섹션을 덮고 있는 포일을 가압하도록 상기 액티베이터를 작동시키는 단계; 및
- 미리 결정된 온도 계획에 따라 상기 반응 섹션에서 상기 샘플의 온도를 조절하기 위해 상기 온도 조절 요소를 작동시키는 단계를 포함하는, 마이크로플루이딕 분석 시스템을 사용하여 분석을 수행하는 방법. - 제 63 항에 있어서,
적어도 상기 반응 섹션이 상기 온도 조절 요소에 매우 근접하게 유지될 때 경사지도록 상기 오퍼레이터 시스템은 상기 마이크로플루이딕 카트리지를 유지(hold)하며, 바람직하게는 상기 반응 섹션의 적어도 중심 축이 수평면에 대해 적어도 약 3 도, 예컨대 약 5 도, 예컨대 약 10 도 내지 약 45 도, 예컨대 약 15 도 내지 약 30 도의 경사각으로 경사지는, 마이크로플루이딕 분석 시스템을 사용하여 분석을 수행하는 방법. - 제 63 항 또는 제 64 항에 있어서,
상기 마이크로플루이딕 카트리지의 상기 베이스 부는 실질적으로 평면이고 상기 마이크로플루이딕 카트리지는 상기 오퍼레이터 시스템에 적용되어 상기 오퍼레이터 시스템이 상기 베이스 부를 수평면에 대해 경사진 위치로, 예컨대 적어도 약 3 도, 예컨대 적어도 약 5 도, 예컨대 약 10 도 내지 약 45 도, 예컨대 약 15 도 내지 약 30 도의 경사각으로 유지하는, 마이크로플루이딕 분석 시스템을 사용하여 분석을 수행하는 방법. - 제 63 항 내지 제 65 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응 섹션 내의 샘플은 미리 결정된 시간 동안 인큐베이션되며, 온도 계획에 따라 상기 온도 조절을 받게 되는, 마이크로플루이딕 분석 시스템을 사용하여 분석을 수행하는 방법. - 제 63 항 내지 제 66 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 채널은 하류 측 밸브 섹션을 포함하고, 상기 오퍼레이터 시스템은 상기 하류 측 밸브 섹션을 위한 연관된 피스톤을 포함하며, 상기 방법은 상기 하류 측 밸브 섹션을 폐쇄하기 위해 상기 연관된 피스톤을 작동시키는 단계를 포함하며, 상기 하류 측 밸브 섹션은 바람직하게는 상기 반응 섹션에서 압력의 적용 후에 폐쇄되는, 마이크로플루이딕 분석 시스템을 사용하여 분석을 수행하는 방법. - 제 63 항 내지 제 67 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응 섹션이 형광물질을 포함하거나 또는 그와 연관된 타겟에 대한 캡처 프로브들을 포함하며, 상기 방법은 상기 샘플 내의 타겟의 존재를 정량적으로 또는 정성적으로 결정하는 단계를 포함하며, 상기 방법은 상기 마이크로플루이딕 카트리지의 상기 반응 섹션을 향해 여기 광을 방출하고, 선택적으로 방출된 신호를 판독하는 단계를 포함하는, 마이크로플루이딕 분석 시스템을 사용하여 분석을 수행하는 방법. - 제 68 항에 있어서,
상기 캡처 프로브들이 상기 유동 채널의 반응 섹션 내의 표면에 고정화되며, 상기 방법은 상기 상류 측 밸브 섹션 및 선택적 하류 측 밸브 섹션을 개방하도록 상기 피스톤(들)을 작동시키는 단계, 및 상기 반응 섹션 밖으로 상기 샘플을 흡입하도록 바람직하게는 상기 싱크 내로 상기 샘플을 부분적으로 또는 완전히 흡입하도록 상기 액티베이터를 작동하는 단계를 포함하고, 바람직하게는 상기 샘플은 상기 반응 섹션을 향해 여기 광을 방출하기 전에 상기 반응 섹션 밖으로 흡입되는, 마이크로플루이딕 분석 시스템을 사용하여 분석을 수행하는 방법. - 제 69 항에 있어서,
상기 캡처 프로브들은 상기 반응 섹션 내의 베이스 부 또는 포일의 광학 요소에 고정화되며, 상기 광학 요소는 바람직하게는 상기 캡처 프로브에 결합된 형광물질로부터 방출된 광을 재지향하고 바람직하게는 조준하도록 구성되는, 마이크로플루이딕 분석 시스템을 사용하여 분석을 수행하는 방법. - 제 70 항에 있어서,
상기 광학 요소는 렌즈 구조 및/또는 초임계각 형광 구조(SAF 구조)를 포함하며, 상기 SAF 구조는 상부 표면으로서 및 상기 캡처 프로브들은 상기 상부 표면에 고정화되는, 마이크로플루이딕 분석 시스템을 사용하여 분석을 수행하는 방법.
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