KR20190059307A - 분석 테스트 장치 - Google Patents

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KR20190059307A
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light
emitter
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absorbance
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KR1020197012110A
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매슈 로버츠
안드레이 니콜라엔코
메이 휠러
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수미토모 케미칼 컴퍼니 리미티드
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Abstract

분석 테스트 장치(1)는 이미터들(2, 3, 98, 101)의 세트를 2 세트 이상 포함하고, 각각의 세트의 이미터들(2, 3, 98, 101)은 상응하는 파장 주위의 범위 내의 광을 방출하도록 구성되는 하나 이상의 광 이미터(2, 3, 98, 101)를 포함한다. 각각의 세트의 광 이미터들(2, 3, 98, 101)은 독립적으로 조명 가능하게 구성된다. 테스트 장치(1)는 또한, 각각의 세트의 이미터들(2, 3, 98, 101)로부터의 광이 시료 수용부(8)를 포함하는 광 경로(7)를 통해 광 검출기(4)에 도달하도록 배치되는 하나 이상의 광 검출기(4)를 포함한다. 이미터들(2, 3, 98, 101) 및 광 검출기(4)는, 광 경로(7)의 시료 수용부(8)에서, 각각의 세트의 이미터들(2, 3, 98, 101)에 의해 생성되는 정규화된 공간 강도 프로파일이 각각의 다른 세트의 이미터들(2, 3, 98, 101)에 의해 생성되는 정규화된 공간 강도 프로파일과 실질적으로 동일해지게 구성된다. 테스트 장치(1)는 또한, 제1 단부(43), 제2 단부(44), 및 액체 시료 수용 구역(42)을 포함하는 액체 이송 경로(41)를 포함한다. 액체 이송 경로(41)는 액체 시료 수용 구역(42)에 수용된 액체 시료를 광 경로(7)의 시료 수용부(8)를 통해 제2 단부(44)를 향해 이송하도록 구성된다.

Description

분석 테스트 장치
본 발명은 분석 테스트 장치에 관한 것이다.
분석물의 존재 및/또는 농도에 대한 생물학적 시험은, 다른 용례들 중에서도, 예비 진단, 규제 물질의 존재에 대한 시료의 스크리닝, 및 장기 건강 상태의 관리를 포함하여 다양한 이유로 수행될 수 있다.
측방 유동 장치("측방 유동 면역분석(lateral flow immunoassays)"이라고도 함)는 생물학적 시험의 일종이다. 측방 유동 장치는 분석물의 존재에 대하여 타액, 혈액, 또는 소변과 같은 액체 시료를 시험하는 데 사용될 수 있다. 측방 유동 장치는, 가정 임신 테스트, 가정 배란 테스트, 그 밖의 호르몬에 대한 테스트, 특정 병원균에 대한 테스트, 및 특정 약물에 대한 테스트를 예로서 포함한다. 예를 들어, EP 0 291 194 A1은 임신 테스트를 수행하기 위한 측방 유동 장치를 설명한다.
전형적인 측방 유동 시험 스트립에 있어서는, 액체 시료가 다공성 스트립의 일 단부에 도입되고 나서, 모세관 작용(또는 "위킹(wicking)")에 의해 스트립을 따라 빨아들여지게 된다. 측방 유동 스트립의 일부는, 분석물이 시료에 존재하는 경우, 분석물에 결합해서 착체를 형성하는 시약으로 활성화되는 표지 입자로 전처리된다. 결합된 착체는 물론이고, 미반응 표지 입자는, 분석물의 결합된 착체 및 표지 입자를 결합하고 미반응 표지 입자를 결합하지 않는 고정화 결합 시약으로 전처리된 시험 구역에 도달하기 전에 스트립을 따라 계속해서 전파된다. 표지 입자는 특유의 색상, 또는 그 밖의 검출 가능한 광학적 또는 비-광학적 특성을 가지며, 테스트 구역에서 표지 입자의 농도의 전개는 분석물이 검출되었다는 관찰 가능한 지표를 제공한다. 측방 유동 테스트 스트립은, 예를 들어, 금 또는 라텍스 나노입자, 형광 마커 분자, 또는 자성 표지 입자를 사용하는 비색 표지(colorimetric labelling)에 기초하는 것일 수 있다.
다른 종류의 생물학적 시험은 바이알(vial), PCR 웰(well)/플레이트(plate), 큐벳(cuvette) 또는 마이크로유체 셀(microfludic cell)과 같은 용기에 담긴 액체에서 수행되는 분석을 수반한다. 액체 분석은 비색법 또는 형광성에 기초하여 측정될 수 있다. 일부 액체 기반 분석의 장점은, 매우 작은(예컨대, 피코리터 단위) 용적을 사용하여 테스트가 수행되게 할 수 있다는 점이다.
때때로, 분석물의 존재 또는 부재만을 판정하는 것, 즉 정성 테스트가 바람직하다. 그 밖의 용례들에 있어서는, 분석물의 정확한 농도, 즉 정량 테스트가 바람직할 수 있다. 예를 들어, WO 2008/101732 A1은 광학 측정 기구 및 측정 장치를 설명한다. 광학 측정 기구는, 시료에 조사해서 시료 내의 표본과 상호작용하는 적어도 하나의 전자기 빔을 제공하기 위한 적어도 하나의 소스, 표본과 전자기 빔 사이의 상호작용의 출력을 검출하기 위한 적어도 하나의 센서, 광학 부품 및 전자 부품에 대하여 일체로 형성되는 기계적 벤치(bench) 및 시료를 유지하기 위한 시료 홀더를 포함한다. 적어도 하나의 소스, 적어도 하나의 센서, 및 기계적 벤치는 하나의 모놀리식 광전자 모듈에 통합되고, 시료 홀더가 이 모듈에 연결될 수 있다.
생물학적 시험 방법을 위한 정량적 검출기는 빔 스플리터, 렌즈, 단색화기, 필터 등과 같은 광학 부품을 필요로 할 수 있다. 이러한 부품들은 복잡하고, 고가이며 및/또는 부피가 클 수 있고, 광의 파장에 따라 상당히 다른 특성을 가질 수 있다. 빔 스플리터, 렌즈, 단색화기, 필터 등과 같은 광학 부품들은 통상, 일회용, 자립형 측방 유동 면역분석 테스트, 또는 자립형 마이크로유체 분석 테스트에 통합하기에는 부피가 지나치게 크다.
관심 분석물을 포함할 수 있는 생물학적 시료는 유색의 것일 수 있으며, 예를 들어 혈액 또는 소변일 수 있다. 종래에는, 유색의 시료가 유색의 염료를 여과함으로써(예컨대, 맑은 혈청을 얻기 위해 완전 적색의 혈액을 여과함으로써) 또는 세척/세정 단계를 도입함으로써 처리되었다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 이미터들의 세트를 2 세트 이상 포함하는 분석 테스트 장치가 제공되고, 각각의 세트의 이미터들은 상응하는 파장 주위의 범위 내의 광을 방출하도록 구성되는 하나 이상의 광 이미터를 포함한다. 각각의 세트의 광 이미터들은 독립적으로 조명 가능하게 구성된다. 테스트 장치는 또한, 각각의 세트의 이미터들로부터의 광이 시료 수용부를 포함하는 광 경로를 통해 광 검출기에 도달하도록 배치되는 하나 이상의 광 검출기를 포함한다. 이미터들 및 광 검출기들은, 광 경로의 시료 수용부에서, 각각의 세트의 이미터들에 의해 생성되는 정규화된 공간 강도 프로파일이 각각의 다른 세트의 이미터들에 의해 생성되는 정규화된 공간 강도 프로파일과 실질적으로 동일해지게 구성된다. 테스트 장치는 또한, 제1 단부, 제2 단부, 및 액체 시료 수용 구역을 포함하는 액체 이송 경로를 포함한다. 액체 이송 경로는 액체 시료 수용 구역에 수용된 액체 시료를 광 경로의 시료 수용부를 통해 제2 단부를 향해 이송하도록 구성된다.
2 세트 이상의 이미터들의 세트를 사용해서 취득되는 흡광도 측정은 하나 이상의 분석물의 농도를 정량화하기 위해 디콘볼루션(de-convoluted)(역혼합(de-mixed))될 수 있으며, 또한 시료의 결함 또는 기타 불균일성으로 인한 광 산란이 보상된다.
따라서, 분석 테스트 장치는 하나 이상의 분석물의 동시 측정에 대한 향상된 신호 대 잡음비를 제공할 수 있다.
따라서, 분석 테스트 장치는 이중-파장 측정을 수행하기 위해 필터 또는 단색화기와 같은 광학 부품을 필요로 하지 않는 단순화된 광 경로를 포함할 수 있다. 따라서, 분석 테스트 장치는 부피가 크지 않고 제조가 간단한 장치일 수 있다.
테스트 장치는 또한, 언제든지 단 한 세트의 이미터들만이 조명되도록, 각각의 세트의 이미터들을 순차적으로 조명하고 광 검출기를 사용하여 상응하는 측정된 흡광도 값을 취득하도록 구성되는 제어기를 포함할 수 있다. 제어기는 또한, 측정된 흡광도 값을 사용해서 흡광도 벡터를 생성하도록 구성될 수 있다. 제어기는 또한, 흡광도 벡터를 디콘볼루션 행렬(역혼합 행렬이라고도 함)과 승산해서 농도 벡터를 결정하도록 구성될 수 있다.
각각의 세트의 이미터들은 다른 세트들 각각의 이미터들과는 상이한 파장 주위의 범위 내의 광을 방출한다.
2 세트 이상의 이미터들의 세트는 제1 파장 주위의 범위 내에서 방출하도록 구성되는 제1 광 이미터들의 세트 및 제2 파장 주위의 범위 내에서 방출하도록 구성되는 제2 광 이미터들의 세트를 포함할 수 있다. 2 세트 이상의 이미터들의 세트는 또한, 제3 파장 주위의 범위 내에서 방출하도록 구성되는 제3 광 이미터들의 세트를 포함할 수 있다. 2 세트 이상의 이미터들의 세트는 제4 파장 주위의 범위 내에서 방출하도록 구성되는 제4 광 이미터들의 세트를 포함할 수 있다.
제어기는, 시료를 유지하는 매체 또는 기판에서 결함 또는 그 밖의 불균일성으로 인한 광 산란을 보상하기 위해, 기준 파장, 예를 들어 제2 파장에서 취득되는 신호를 측정 파장, 예를 들어 제1 파장에서 취득되는 신호로부터 감산하도록 구성될 수 있다.
따라서, 실질적으로 동일한 정규화된 공간 강도 프로파일들을 제공하는 제1 및 제2의 별도의, 교호로 조명 가능한 이미터들을 사용하면, 흡광도 측정치를 기준 파장에서의 측정치를 사용해서 보정할 수 있다. 이렇게, 분석 테스트 장치는 향상된 신호 대 잡음비를 제공할 수 있다.
각각의 세트의 이미터들에 대응하는 파장은 해당 이미터들의 피크 방출 파장에 대응할 수 있다. 각각의 세트의 이미터들은 10 ㎚ 이하, 25 ㎚ 이하, 50 ㎚ 이하, 100 ㎚ 이하, 또는 200 ㎚ 이하의 반치전폭(full-width at half maximum)을 갖는 범위 내의 광을 방출할 수 있다.
광 경로는 단색화기를 포함하지 않을 수 있다. 광 경로는 시료 수용부와 광 검출기 사이에 빔 스플리터를 포함하지 않을 수 있다. 광 경로는 시료 수용부와 광 검출기 사이에 파이버 커플러 및/또는 파이버 스플리터를 포함하지 않을 수 있다.
정규화된 공간 강도 프로파일들은 광 경로에 수직한 임의의 평면으로의 입구, 해당 평면으로부터의 출구, 또는 해당 평면 상에서, 그리고 광 경로의 시료 수용부 내에서 실질적으로 동일할 수 있다. 정규화된 공간 강도 프로파일들은 광 경로의 시료 수용부 전반에서 실질적으로 동일할 수 있다.
정규화된 공간 강도 프로파일들은, 제1 파장 및 제2 파장에 대한 정규화된 강도 값들이 광 경로에 수직한 평면 상의 각 지점에서 서로 5% 이내, 10% 이내, 15% 이내, 또는 20% 이내이면, 해당 평면 상에서 실질적으로 동일한 것으로 간주될 수 있다. 정규화된 공간 강도 프로파일들은, 제1 파장 및 제2 파장에 대한 정규화된 강도 값들이, 해당 평면 상의 각 지점에서, 어느 쪽이든 더 큰 표준 오차를 갖는 제1 파장 또는 제2 파장에서의 정규화된 강도들의 표준 오차에 대하여 2배 미만, 3배 미만, 또는 5배 미만만큼 상이하면, 광 경로에 수직한 평면 상에서 실질적으로 동일한 것으로 간주될 수 있다.
각각의 세트의 광 이미터들에 대응하는 파장들은 하나 이상의 표적 분석물의 흡광도 스펙트럼에 따라 선택될 수 있다. 각각의 세트의 광 이미터들에 대응하는 파장은 표적 분석물이 각각의 다른 세트의 광 이미터들에 대응하는 파장에서보다 상기 파장에서 상대적으로 높은 흡광도를 갖도록 선택될 수 있다. 표적 분석물은 임의의 적절한 표지 분자 또는 예를 들어, 금 나노입자와 같은 입자일 수 있다.
제1 파장 및 제2 파장은 표적 분석물의 흡광도 스펙트럼에 따라 선택될 수 있다. 제1 파장 및 제2 파장은 표적 분석물이 제2 파장에서보다 제1 파장에서 상대적으로 높은 흡광도를 갖도록 선택될 수 있다. 제1 파장 및 제2 파장에서의 표적 분석물 흡광도의 비는 2 이상, 5 이하, 10 이하일 수 있거나, 또는 10을 초과할 수 있다. 표적 분석물은 임의의 적절한 표지 분자 또는 예를 들어, 금 나노입자와 같은 입자일 수 있다.
각각의 세트의 이미터들에 대응하는 파장들은 300 ㎚ 이상 1500 ㎚ 이하의 범위 내에 있을 수 있다. 각각의 세트의 이미터들에 대응하는 파장들은 400 ㎚ 이상 800 ㎚ 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
각각의 세트의 광 이미터들은 무기 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 각각의 세트의 광 이미터들은 유기 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 유기 발광 다이오드는 용액 처리될 수 있다. 분석 테스트 장치는 어레이를 형성하도록 배치되는 이미터들의 세트를 복수 포함할 수 있다. 어레이는 제2의 수직 방향보다 제1 방향으로 더 많은 이미터를 포함할 수 있다.
제1 이미터는 무기 발광 다이오드일 수 있다. 제1 이미터는 유기 발광 다이오드일 수 있다. 제2 이미터는 무기 발광 다이오드일 수 있다. 제2 이미터는 유기 발광 다이오드일 수 있다. 분석 테스트 장치는 어레이에 배치되는 복수의 제1 및 제2 이미터를 포함할 수 있다. 어레이는 제2의 수직 방향보다 제1 방향으로 더 많은 이미터를 포함할 수 있다.
광 검출기는 포토다이오드, 포토레지스터, 포토트랜지스터, 상보성 금속산화물 반도체(CMOS) 픽셀, 전하 결합 소자(CCD) 픽셀, 광전자 증배관 또는 임의의 다른 적절한 광 검출기의 형태를 취할 수 있다. 광 검출기는 유기 포토다이오드의 형태를 취할 수 있다. 유기 포토다이오드는 용액 처리될 수 있다. 분석 테스트 장치는 어레이에 배치되는 복수의 포토다이오드를 포함할 수 있다. 어레이는 제2의 수직 방향보다 제1 방향으로 더 많은 포토다이오드를 포함할 수 있다.
광 경로는 광 검출기들이 광 경로의 시료 수용부를 통해 투과되는 광을 수용하도록 구성될 수 있다.
광 경로는 광 검출기들이 광 경로의 시료 수용부로부터 반사되는 광을 수용하도록 구성될 수 있다.
광 검출기들은 광 경로의 시료 수용부의 전부 또는 일부를 촬상하도록 배치되는 이미지 센서를 형성할 수 있다.
액체 이송 경로는 다공성 매체의 형태를 취할 수 있다. 다공성 매체는, 고유하게든지 아니면 하기의 적절한 표면 처리를 하든지에 관계없이, 모세관 작용에 의해 수성 액체를 이송할 수 있는 니트로셀룰로오스 또는 그 밖의 섬유질 재료를 포함할 수 있다. 액체 이송 경로는 적어도 하나의 마이크로유체 채널을 포함할 수 있다. 마이크로유체 채널은 마이크로유체 장치의 일부를 형성할 수 있다.
광 경로는 시료 수용부보다 앞에 배치되는 슬릿을 포함할 수 있으며, 각각의 세트의 이미터들은 슬릿을 조명하도록 배치될 수 있다.
광 경로는 시료 수용부보다 앞의 광 경로 상에 배치되는 슬릿을 포함할 수 있다. 각각의 제1 이미터 및 각각의 제2 이미터는 원통형으로 대칭인 각도의 방출 프로파일을 가질 수 있고, 각각의 쌍을 이루는 제1 및 제2 이미터는 슬릿이 해당 쌍을 수직으로 양분하도록 배치될 수 있다.
따라서, 제1 파장 및 제2 파장의 광의 동일한 정규화된 공간 강도 프로파일들은 제1 및 제2 이미터의 특히 단순하고 콤팩트한 배치를 사용하여 시료 수용부에 제공될 수 있다.
각각의 세트의 이미터들과 슬릿 사이에는 디퓨저가 포함될 수 있다. 슬릿은 조정 가능한 폭을 가질 수 있다. 슬릿은 100 ㎛ 이상 1 ㎜ 이하의 폭을 가질 수 있다. 슬릿은 300 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하의 폭을 가질 수 있다. 각각의 세트에 속하는 광 이미터들은 가우스(Gaussian) 각도의 방출 프로파일을 가질 수 있다. 제1 및 제2 이미터는 가우스 각도의 방출 프로파일을 가질 수 있다.
2 세트 이상의 이미터들의 세트는 제2 이미터들의 세트를 포함할 수 있고, 각각의 제2 이미터는 각각의 다른 세트의 이미터들에 의해 방출되는 파장에서 실질적으로 투명할 수 있고, 각각의 다른 이미터는 상응하는 제2 이미터를 통해 광 경로 내로 광을 방출할 수 있다.
각각의 제2 이미터는 제1 파장에서 실질적으로 투명할 수 있으며, 각각의 제1 이미터는 상응하는 제2 이미터를 통해 광 경로 상으로 광을 방출할 수 있다. 각각의 제2 이미터는 각각의 제1 이미터 및 각각의 제3 이미터에 의해 방출되는 파장에서 실질적으로 투명할 수 있으며, 각각의 제1 이미터 및 각각의 제3 이미터는 상응하는 제2 이미터를 통해 광 경로 내로 광을 방출할 수 있다.
따라서, 광 경로는 제2 이미터와 광 검출기 사이의 갭(gap)일 수 있다. 이렇게 해서, 빔 스플리터, 렌즈, 필터, 단색화기 등과 같은 광학 부품들이 생략될 수 있다.
각각의 다른 세트의 이미터들에 의해 방출되는 파장들에서의 투명도는 50% 초과, 75% 초과, 85% 초과, 90% 초과, 또는 95% 초과의 투과율에 대응할 수 있다. 제1 파장에서의 투명도는 50% 초과, 75% 초과, 85% 초과, 90% 초과, 또는 95% 초과의 투과율에 대응할 수 있다.
2 세트 이상의 이미터들의 세트는 복수의 픽셀을 포함하는 어레이에 배치될 수 있다. 각각의 픽셀은 적어도 하나의 서브픽셀을 포함할 수 있으며, 각각의 서브픽셀은 각각의 세트의 이미터들에 대응하는 광 이미터를 포함할 수 있다.
복수의 제1 광 이미터 및 복수의 제2 광 이미터가 어레이에 배치될 수 있으며, 제1 및 제2 광 이미터는 체스판 구성으로 교호로 배치된다.
따라서, 광 경로는 광 이미터들과 광 검출기 사이의 갭일 수 있다. 이렇게 해서, 빔 스플리터, 렌즈, 필터, 단색화기 등과 같은 광학 부품들이 생략될 수 있다.
2 세트 또는 3 세트의 이미터들은 서로 상호간에 맞물려서 어레이를 형성할 수 있다. 액체 이송 경로는 측방 유동형 스트립의 형태를 취할 수 있다. 액체 이송 경로는 마이크로유체 장치의 전체, 일부, 또는 적어도 하나의 채널의 형태를 취할 수 있다.
제어기는, 어떠한 세트의 이미터들도 조명되지 않는 기간을, 각각의 세트의 이미터들의 조명에 산재시키도록 더 구성될 수 있다.
분석 테스트 장치는 또한, 적어도 하나의 출력 장치를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 출력 장치는 하나 이상의 발광 다이오드의 형태를 취할 수 있으며, 제어기는 소정의 임계치를 초과하는 농도 벡터의 상응하는 값에 응답하여 각각의 발광 다이오드를 조명하도록 구성될 수 있다.
적어도 하나의 출력 장치는 디스플레이 소자의 형태를 취할 수 있으며, 제어기는, 농도 벡터를 결정하는 것에 응답하여, 디스플레이 소자가 하나 이상의 출력을 디스플레이하게 하도록 구성될 수 있다. 제어기는, 소정의 임계치를 초과하는 농도 벡터의 값에 응답하여, 디스플레이 소자가 상응하는 심볼 또는 심볼들을 디스플레이하게 하도록 구성될 수 있다. 제어기는 디스플레이 소자가 농도 벡터의 하나 이상의 값을 디스플레이하게 하도록 구성될 수 있다.
적어도 하나의 출력 장치는 데이터 처리 장치에 대한 접속을 위해 유선 또는 무선 통신 인터페이스의 형태를 취할 수 있으며, 제어기는 농도 벡터를 유선 또는 무선 통신 인터페이스를 통해 데이터 처리 장치에 출력하도록 구성될 수 있다.
제어기는 흡광도 값들을 기준 교정 흡광도 값에 대하여 정규화하도록 구성될 수 있다.
제어기는 제1 이미터들을 조명하고 광 검출기들을 사용하여 제1 세트의 측정치들을 취득하고, 제2 이미터들을 조명하고 광 검출기들을 사용하여 제2 세트의 측정치들을 취득하고, 또한 제2 세트의 측정치들을 제1 세트의 측정치들로부터 감산하도록 구성될 수 있다.
제어기는, 제2 세트의 측정치들을 제1 세트의 측정치들로부터 감산하기 전에, 제2 세트의 측정치들을 가중 인자로 승산하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 분석 테스트 장치를 작동시키는 방법이 제공된다. 방법은 액체 시료를 분석 테스트 장치의 액체 시료 수용 구역에 적용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 디콘볼루션 행렬을 결정하는 방법이 제공된다. 방법은 시료 수용부를 포함하는 광 경로를 제공하는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 이미터들의 세트를 다수(N) 제공하는 단계를 포함하고, 각각의 세트의 이미터들은 상응하는 파장 주위의 범위 내의 광을 광 경로 내로 방출하도록 구성되는 하나 이상의 광 이미터를 포함한다. 시료 수용부에서, 정해진 세트의 이미터들에 의해 생성되는 정규화된 공간 강도 프로파일은 각각의 다른 세트의 이미터들에 의해 생성되는 정규화된 공간 강도 프로파일과 실질적으로 동일하다. 방법은 또한, 다수(N)의 교정 시료를 제공하는 단계를 포함한다. 각각의 교정 시료는 N개의 상이한 분석물의 기지의 농도를 포함한다. 방법은 또한, 각각의 교정 시료에 대하여, 해당 교정 시료를 광 경로의 시료 수용부 내에 전체적으로 또는 부분적으로 배치하는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 각각의 교정 시료에 대하여, 각각의 세트의 이미터들을 순차적으로 조명하고 광 검출기를 사용하여 상응하는 측정된 흡광도 값을 취득하는 단계를 포함하고, 언제든지 단 한 세트의 이미터들만이 조명된다. 방법은 또한, 각각의 교정 시료에 대하여, N개의 측정된 흡광도 값을 사용하여 흡광도 벡터를 생성하는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 각각의 교정 시료에 대하여, N개의 기지의 분석물 농도를 사용하여 농도 벡터를 생성하는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 각각의 열, 또는 각각의 행의 값들을, 상응하는 교정 시료의 흡광도 벡터의 값들과 동일해지게 설정함으로써 제1 N × N 행렬을 생성하는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 제1 행렬을 반전시키는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 각각의 열, 또는 각각의 행의 값들을, 상응하는 교정 시료의 농도 벡터의 값들과 동일해지게 설정함으로써 제2 N × N 행렬을 생성하는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 제2 행렬을 제1 행렬의 역행렬과 승산함으로써 디콘볼루션 행렬을 결정하는 단계를 포함한다.
흡광도 값 및 농도 값은 기준 교정 흡광도 값에 대하여 정규화될 수 있다.
디콘볼루션 행렬을 결정하는 방법에 따라 결정되는 디콘볼루션 행렬은 분석 테스트 장치의 제어기에 의해 사용될 수 있다.
디콘볼루션 행렬을 결정하는 방법은 분석 테스트 장치를 사용하여 수행될 수 있다.
이제, 본 발명의 특정 실시형태들을 첨부 도면을 참조하여 예로서 설명한다:
도 1은 제1 및 제2 광 이미터를 포함하는 분석 테스트 장치의 개략도이고;
도 2 및 도 3은 제1 및 제2 이미터에 대응하는 제1 및 제2 빔 프로파일을 결정하는 것을 예시하고;
도 4는 분석 테스트 장치의 제1 및 제2 이미터에 의해 생성되는 정규화된 공간 강도 프로파일을 예시하고;
도 5는 측방 유동 테스트 스트립을 개략적으로 예시하고;
도 6은 측방 유동 테스트 스트립의 다공성 스트립을 구성하는 파이버들을 예시하고;
도 7은 측방 유동 테스트 스트립에 사용되는 표지 입자의 UV-가시 흡광도 스펙트럼을 예시하고;
도 8 및 도 9는 제1 및 제2 파장에서 취득되는, 위치의 함수로서의 측방 유동 테스트 스트립의 흡광도를 예시하고;
도 10은 제2 파장에서의 측정치들을 제1 파장에서 이루어진 측정치들로부터 감산함으로써 수행되는 보정을 예시하고;
도 11은 분석 테스트 장치를 사용하여 이루어진 이중 파장 측정을 위한 프로세스 흐름도이고;
도 12 및 도 13은 분석 테스트 장치의 제1 및 제2 이미터에 대한 조명 타이밍을 예시하고;
도 14는 투과 측정을 위한 분석 테스트 장치를 예시하고;
도 15는 반사율 측정을 위한 분석 테스트 장치를 예시하고;
도 16은 분석 테스트 장치를 사용하여 이미지 데이터를 취득하는 것을 예시하고;
도 17 및 도 18은 분석 테스트 장치의 광 경로와 교차하는 액체 이송 경로를 예시하고;
도 19는 제1 및 제2 파장의 광을 분석 테스트 장치의 광 경로에 결합하는 제1 배치구조를 예시하고;
도 20 및 도 21은 분석 테스트 장치의 제1 및 제2 이미터에 의해 생성되는 정규화된 공간 강도 프로파일을 예시하고;
도 22는 제1 및 제2 파장의 광을 분석 테스트 장치의 광 경로에 결합하는 제2 배치구조를 예시하고;
도 23은 세장형 발광 다이오드 어레이를 사용하여 측방 유동 테스트 스트립을 스캔하는 것을 예시하고;
도 24는 제1 및 제2 파장의 광을 분석 테스트 장치의 광 경로에 결합하는 제3 배치구조를 예시하고;
도 25는 분석 테스트 장치용의 제1 발광 다이오드 어레이의 일부분을 예시하고;
도 26은 분석 테스트 장치의 제2 이미터의 UV-가시 흡광도 스펙트럼을 예시하고;
도 27은 분석 테스트 장치용의 제2 발광 다이오드 어레이의 일부분을 예시하고;
도 28은 측방 유동 시험 장치에 통합된 분석 테스트 장치의 개략적인 단면도이고;
도 29는 다수의 테스트 라인을 니트로셀룰로오스 스트립 상에 증착하기 위해 서로 다른 용액 광학 밀도들을 갖는 금 나노입자 잉크를 사용하여 제조된 시료를 도시하고;
도 30은 녹색 및 근적외 파장에서 측정되는 블랭크(blank) 니트로셀룰로오스 스트립의 흡광도의 변화를 도시하고;
도 31은 니트로셀룰로오스 스트립 상에 증착되는 테스트 라인 세트의 보정된 흡광도 측정치들을 예시하고;
도 32 및 도 33은 본 발명의 분석 테스트 장치를 종래의 시험 장치들과 비교하고;
도 34는 본 발명의 분석 테스트 장치를 트로포닌(Troponin) 측방 유동 분석을 판독하는 종래의 시험 장치들과 비교하고;
도 35는 빔 프로파일 차분의 영향을 예시하는 실험 및 모델링 데이터를 도시하고;
도 36a는 분석 테스트 장치용의 제3 발광 다이오드 어레이의 일부분을 예시하고;
도 36b는 분석 테스트 장치용의 제4 발광 다이오드 어레이의 일부분을 예시하고;
도 37은 전형적인 유기 광 검출기 감도 프로파일 및 전형적인 유기 발광 다이오드의 녹색, 적색 및 근적외 광 방출 프로파일들을 예시하고;
도 38은 금 나노입자, 청색 염료 및 니트로셀룰로오스 파이버에 대한 전형적인 흡광도 프로파일들을 예시하고;
도 39는 금 나노입자에 대한, 청색 염료에 대한, 그리고 다공성 스트립을 형성하는 니트로셀룰로오스 파이버에 대한 추정 농도 프로파일들을 예시하고;
도 40은 도 37 내지 도 39에 도시된 데이터에 기초하여 취득되는 시뮬레이션된 유기 광 검출기 신호들을 예시하고;
도 41은 녹색 유기 발광 다이오드에 대응하는 시뮬레이션된 유기 광 검출기 신호를 필터링하는 것을 예시하고;
도 42는 근적외 유기 발광 다이오드에 대응하는 시뮬레이션된 유기 광 검출기 신호를 필터링하는 것을 예시하고;
도 43 및 도 44는 정규화된 투과값들을 흡광도 값들로 변환하는 것을 예시하고;
도 45 및 도 46은 금 나노입자 및 니트로셀룰로오스 파이버에 대응하는 흡광도 핑거프린트 값들을 추정하는 것을 예시하고;
도 47은 제1 및 제2 파장을 사용하여 3 성분 시뮬레이션 시스템을 분석하는 것을 예시하고;
도 48은 제1, 제2 및 제3 파장을 사용하여 3 성분 시뮬레이션 시스템을 분석하는 것을 예시하고;
도 49는 분석 테스트 장치용의 제3 발광 다이오드 어레이의 일부분을 예시하고;
도 50은 분석 테스트 장치용의 제4 발광 다이오드 어레이의 일부분을 예시한다.
정량 검출기의 광학 부품들의 수 및 복잡성을 줄일 수 있다면, 해당 검출기의 크기 및 비용을 줄일 수 있다. 이는 특히, 핸드헬드 또는 휴대용 시험 장치, 및 일회용의 가정용 시험 키트에 대하여 유리한 것일 수 있다.
측정의 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있다면, 분석물을 검출하기 위한 최소 임계치가 향상될 수 있다. 부가적으로, 신호 대 잡음비의 향상은 또한, 향상된 분해능으로 분석물 농도가 결정되게 할 수도 있을 것이다.
도 1을 참조하면, 분석 테스트 장치(1)는 하나 이상의 제1 광 이미터(2), 하나 이상의 제2 광 이미터(3) 및 하나 이상의 광 검출기(4)를 포함한다.
각각의 제1 광 이미터는 제1 파장(λ1) 주위의 범위 내의 광(5)을 방출하도록 구성되고, 각각의 제2 광 이미터는 제2 파장(λ2) 주위의 범위 내의 광(6)을 방출하도록 구성된다. 제1 광 이미터(들)(2)는, 예를 들어, 유기 또는 무기 발광 다이오드의 형태를 취할 수 있다. 유사하게, 제2 광 이미터(들)(3)는, 예를 들어, 유기 또는 무기 발광 다이오드의 형태를 취할 수 있다. 유기 발광 다이오드는 용액 처리될 수 있다. 제1 광 이미터(들)(2)가 유기 발광 다이오드의 형태를 취하면, 제2 광 이미터(들)는 유기 발광 다이오드의 형태를 취할 필요가 없으며, 그 반대도 마찬가지이다. 분석 테스트 장치는 어레이에 배치되는 복수의 제1 및 제2 광 이미터(2, 3)를 포함할 수 있다. 어레이는 제2의 수직 방향보다 제1 방향으로 더 많은 광 이미터(2, 3)를 포함할 수 있다.
하나 이상의 광 검출기(들)는 적어도 제1 및 제2 파장(λ1, λ2)을 포함하는 넓은 파장 범위에 걸쳐 민감하다. 광 검출기(들)(4)는, 예를 들어, 포토다이오드, 포토레지스터, 포토트랜지스터, 상보성 금속산화물 반도체(CMOS) 픽셀, 전하 결합 소자(CCD) 픽셀, 광전자 증배관 또는 임의의 다른 적절한 광 검출기의 형태를 취할 수 있다. 포토다이오드는 유기 또는 무기 포토다이오드일 수 있다. 유기 포토다이오드는 용액 처리될 수 있다. 분석 테스트 장치(1)는 어레이에 배치되는 복수의 광 검출기(4)를 포함할 수 있다. 어레이는 제2의 수직 방향(x)보다 제1 방향(y)으로 더 많은 광 검출기를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 광 이미터(2, 3)는 각각 광 경로(7)에 결합되며, 광(5, 6)이 해당 광 경로를 따라 이동해서 광 검출기(들)(4)에 도달하게 된다. 광 경로(7)는 시료 수용부(8)를 포함한다. 분석 테스트 장치(1)는 시료(9)를 수용하도록 배치된다. 시료(9)가 분석 테스트 장치(1)에 수용되는 경우, 시료, 또는 시료(9)의 적어도 일부는 광 경로(7)의 시료 수용부(8)와 교차한다.
광 경로(7)의 시료 수용부(8)는 측방 유동 테스트 스트립(18)(도 5 참조) 형태의 시료(9), 또는 마이크로유체 장치를 수용하도록 구성될 수 있다. 분석 테스트 장치(1)가 측방 유동 또는 마이크로유체 테스트에 통합되는 경우, 시료(9)는 분석이 시작되기 전에 이미 광 경로(7)의 시료 수용부 내에 위치될 수 있다.
제1 광 이미터(들)(2) 및 제2 광 이미터(들)(3)는 교호로 조명 가능하다. 제1 및 제2 광 이미터(2, 3)의 조명에는 제1 및 제2 광 이미터(2, 3)의 어느 것도 조명되지 않는 기간이 산재될 수 있다. 제1 광 이미터(들)(2)의 턴 오프와 제2 광 이미터(들)(3)의 조명 사이의 기간은 제1 광 이미터(들)(2)로부터의 광(5)에 의해 여기되는 형광을 검출하는 데 사용될 수 있다. 유사하게, 제2 광 이미터(들)(3)로부터의 광(6)에 의해 여기되는 형광은 제2 광 이미터(들)의 턴 오프 이후 및 제1 광 이미터(들)(2)의 턴 온 이전에 검출될 수 있다.
분석 테스트 장치(1)는 또한, 제어기(27)를 포함한다. 제어기(27)는 제1 및 제2 이미터(2, 3)를 순차적으로 조명하고, 광 검출기(4)를 사용하여 상응하는 측정된 흡광도 값들을 취득하도록 구성된다. 단 한 세트의 이미터(2, 3)만이 언제든지 조명된다. 제어기(27)는 또한, 측정된 흡광도 값들을 사용하여 흡광도 벡터를 생성하고, 이하에서 설명하는 바와 같이 해당 흡광도 벡터를 디콘볼루션 행렬과 승산함으로써 농도 벡터를 결정하도록 구성된다. 제어기는, 어떠한 세트의 이미터들도 조명되지 않는 기간을, 각각의 세트의 이미터들의 조명에 산재시키도록 선택적으로 구성될 수 있다. 제어기(27)는 흡광도 값들을 기준 교정 흡광도 값에 대하여 정규화하도록 구성될 수 있다.
제1 및 제2 이미터(2, 3)의 특정 경우에 있어서, 제어기(27)는, 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 제1 이미터(2)들을 조명해서 광 검출기(4)들을 사용하여 제1 세트의 측정치들을 취득하고, 제2 이미터(3)들을 조명해서 광 검출기(4)들을 사용하여 제2 세트의 측정치들을 취득하고, 또한 제2 세트의 측정치들을 제1 세트의 측정치들로부터 감산하도록 구성될 수 있다. 제어기는, 제2 세트의 측정치들을 제1 세트의 측정치들로부터 감산하기 전에, 제2 세트의 측정치들을 가중 인자로 승산하도록 구성될 수 있다. 제어기(27)에 의해 수행되는 방법, 프로세스 및 계산의 추가적인 세부 내용을 이하에서 설명한다.
분석 테스트 장치(1)는 또한, 적어도 하나의 출력 장치(28)를 포함한다. 예를 들어, 출력 장치(28)는 분석 테스트 장치(1)의 사용자가 관찰할 수 있게 배치되는 하나 이상의 발광 다이오드의 형태를 취할 수 있다. 제어기(27)는 소정의 임계치를 초과하는 특정 분석물 벡터의 농도에 응답하여 각각의 발광 다이오드를 조명하도록 구성될 수 있다.
추가적인 실시예에 있어서, 출력 장치(28)는 디스플레이 소자의 형태를 취할 수 있다. 제어기는 하나 이상의 분석물의 농도를 결정하는 것에 응답하여 디스플레이 장치가 하나 이상의 출력을 디스플레이하게 하도록 구성될 수 있다. 제어기는, 소정의 임계치를 초과하는 분석물의 결정된 농도에 응답하여, 디스플레이 소자가 상응하는 심볼 또는 심볼들을 디스플레이하게 하도록 구성될 수 있다. 제어기는 디스플레이 소자가 하나 이상의 분석물의 결정된 농도를 디스플레이하게 하도록 구성될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 적어도 하나의 출력 장치(28)는 데이터 처리 장치(도시되지 않음)에 대한 접속을 위해 유선 또는 무선 통신 인터페이스의 형태를 취할 수 있다. 데이터 처리 장치는, 예를 들어, 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 랩톱, 데스크톱 또는 서버의 형태를 취할 수 있다. 제어기는 하나 이상의 분석물의 측정된 농도를 유선 또는 무선 통신 인터페이스를 통해 데이터 처리 장치(도시되지 않음)에 출력하도록 구성될 수 있다.
또한, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1 및 제2 광 이미터(2, 3) 및 광 경로(7)는 제1 이미터(2)로부터의 광(5)의 정규화된 빔 프로파일(10)이 제2 이미터(3)로부터의 광(6)의 정규화된 빔 프로파일(11)과 실질적으로 동일하도록 배치된다.
예를 들어, 특히 도 2를 참조하면, 광 경로(7)에 도입되는 광(5, 6)은 제1 방향(x)에 있어서 제1 위치(xA)와 제2 위치(xB) 사이에서 시료 표면(12)과 교차한다. 마찬가지로, 광 경로(7)에 도입되는 광(5, 6)은 제2의 수직 방향(y)에 있어서 제1 위치(yA)와 제2 위치(yB) 사이에서 시료 표면(12)과 교차한다. 예를 들어, 시료 표면(12)은 측방 유동 테스트 스트립의 표면 또는 마이크로유체 채널을 포함/규정하는 기판의 표면일 수 있다. 광 경로(7)는 시료 표면(12)에 대한 법선(13)과 각도(θ)를 이룬다. 위치들(xA, xB, yA, yB)은 사용 중인 시료 표면(12)에 대략적으로 대응하는 시료 수용부(8)의 개념적인 표면(14)의 경계가 된다. 분석 테스트 장치(1)가 측방 유동 또는 마이크로유체 테스트에 통합되는 경우, 개념적인 표면(14)은 측방 유동 테스트 스트립의 표면 또는 마이크로유체 채널을 포함/규정하는 기판의 표면과 일치할 수 있다. 각도(θ)는 0 도 이상 90 도 미만이다. 법선(13)은, 표면 거칠기 및/또는 국부적인 불균일성으로 인해 지점마다 현저하게 달라질 수 있는 국부적인 법선이 아니라, 평균하여 시료 표면(12)에 대하여 배향된다. 광 경로(7)는 수렴 또는 발산하는 것일 수 있으며, 즉 광(5, 6)은 수렴 또는 발산하는 빔을 형성할 수 있고, 어느 경우에든 θ는 중심 광선/광 경로(7)의 중심과 법선(13) 사이의 각도이다.
특히 도 3을 참조하면, 제1 및 제2 이미터(2, 3)로부터의 광(5, 6)의 정규화된 빔 프로파일은 빔 프로파일러(15)를 사용하여 취득될 수 있다. 빔 프로파일러(15)는 시료(9)의 부재 시에 광 경로(7)와 교차하도록 배치된다. 빔 프로파일러(15)는 광 경로(7)가 광 경로(7)의 시료 수용부(8)의 개념적인 표면(14)과 교차하는 위치에 배치된다. 빔 프로파일러(15)는 빔 프로파일러(15)의 중심이 광 경로(7)의 중심에 대해 실질적으로 가능한 한 가깝게 대응하도록 배치된다. 빔 프로파일러(15)에는, 광 경로(7)에, 또는 적어도 광 경로(7)의 중심에 수직하게 배향되는 검출 표면(16)이 배치된다. 즉, 빔 프로파일러(15)는 시료 수용부(8)의 개념적인 표면(14)과 비교하여 θ의 각도만큼 회전된다. 이렇게 해서, 빔 프로파일러(15)는 광 경로(7)(또는 그 중심)를 가로지르는 측정 평면(17)에서의 빔 프로파일 강도(10, 11)를 측정한다. 광 경로(7), 시료 수용부(8)의 개념적인 표면(14) 및 측정 평면(17) 사이의 공통의 교차 라인이 측정 위치를 규정한다. 시료(9)가 시료 수용부(8)에 수용되는 경우, 공통의 교차 라인은 시료(9)의 규칙성 및 시료(9)의 배치 정확도에 따른 편차로 대략적으로 시료 표면(12)에 대응하게 된다.
빔 프로파일러(15)는 개념적인 표면(14)에 대하여 제2 방향(y)을 중심으로 각도(θ)만큼 회전되는 측정 평면(17)에서의 광(5, 6)의 강도를 측정한다. 개념적인 표면(14) 상의 위치들, 예를 들어 시료 수용부(8)의 개념적인 표면(14)의 경계(xA, xB, yA, yB)는 xA' = xA/sinθ, xB' = xB/sinθ, yA' = yA 및 yB' = yB에 따라 측정 평면(17) 상의 위치들(xA', xB', yA', yB') 상으로 투영된다. 바람직하게는, 빔 프로파일러(15) 검출 표면(16)의 광 감지 영역은 개념적인 표면(14)의 투영된 경계(xA', xB', yA', yB')를 둘러쌀 만큼 충분히 크다.
특히, 도 4를 참조하면, 제1 광 이미터(들)(2)로부터의 광의 강도는 x'-y' 측정 평면(17) 상에 I1(x',y')로 표시된다. 제1 광 이미터(들)(2)에 의해 생성되는 정규화된 공간 강도 프로파일(10)(본원에서는, 제1 빔 프로파일(10)이라고도 함)은 제1 광 이미터(들)(2)로부터의 광의 강도를 빔 프로파일러(15)에 의해 검출되는 합계 강도(I1 sum)로 나눈 비, 즉 I1(x',y')/I1 sum로서 정의될 수 있다. 제2 광 이미터(들)(3)에 의해 생성되는 정규화된 공간 강도 프로파일(11)(본원에서는, 제2 빔 프로파일(11)이라고도 함)은 동일한 방식으로 I2(x',y')/I2 sum로서 정의된다.
제1 및 제2 빔 프로파일(10, 11)은 측정 평면(17) 상에서는, 즉 시료 수용부(8)로의 진입시에는 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 바람직하게는, 정규화된 공간 강도 프로파일들(10, 11)은 광 경로(7)의 시료 수용부(8) 전반에서 실질적으로 동일하다. 그러나, 사용 중에는, 시료(9)로부터의 산란이 빔 프로파일들(10, 11)을 발산하는 효과보다 더 두드러질 것이기 때문에, 시료 수용부(8) 전반의 균일성은 필요가 없다.
제1 및 제2 빔 프로파일(10, 11) 사이의 차분의 정도를 정량화하기 위해 다수의 차분 메트릭(difference metric)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 최대 빔 프로파일 차분(Δmax)은 다음 식에 따라 정의될 수 있다:
Figure pct00001
(1)
유사하게, 평균 빔 프로파일 차분(Δavg)은 다음 식에 따라 정의될 수 있다:
Figure pct00002
(2)
빔 프로파일러(15)의 출력이 위치들(x', y')의 어레이에 대응하는 강도들의 어레이이면, 식 (2)에서 정의되는 적분은 평균 빔 프로파일 차분(Δavg)을 결정하기 위해 용이하게 합(sum)으로 변환될 수 있다.
대안으로서, 제곱 평균(RMS) 차분(ΔRMS)은 다음 식에 따라 정의될 수 있다:
Figure pct00003
(3)
빔 프로파일러(15)의 출력이 위치들(x', y')의 어레이에 대응하는 강도들의 어레이이면, 식 (3)에서 정의되는 적분은 평균 빔 프로파일 차분(Δavg)을 결정하기 위해 합으로 변환될 수 있다. 차분 메트릭들은 최대, 평균 및/또는 RMS 빔 프로파일 차분(Δmax, Δmean, ΔRMS)에 한정되지 않으며, 대안적인 차분 메트릭들이 제1 및 제2 빔 프로파일(10, 11) 사이의 차분의 정도를 정량화하기 위해 정의될 수 있다.
제1 및 제2 이미터(2, 3) 및 광 경로(7)는 제1 및 제2 빔 프로파일(10, 11)이 측정 평면(17) 상에서 실질적으로 동일하도록 배치된다. 하기의 설명은, 제1 이미터(2)로부터의 광(5)이 시료(9)를 정량화하는데 사용되는 반면, 제2 이미터(3)로부터의 광(6)은 (이하에서 설명되는 바와 같이) 기준으로서 사용되는 실시예를 나타낸다. 그러나, 제2 이미터(3)로부터의 광(6)이 시료(9)를 정량화하는 데 사용되고, 제1 이미터(2)로부터의 광(5)이 기준으로서 사용되는 경우에도 동일한 원리를 적용할 수 있다.
최대 차분(Δmax), 평균 차분(Δavg) 또는 RMS 차분(ΔRMS)이 이전의 실험들에 의해 결정된 절대 임계치 이하일 경우에는, 빔 프로파일들(10, 11)은 실질적으로 동일한 것으로 간주될 수 있다. 바람직하게는, 빔 프로파일들(10, 11)이 실질적으로 동일한 것으로 간주될 수 있는지의 여부는 최대 차분(Δmax), 평균 차분(Δavg) 또는 RMS 차분(ΔRMS)을 빔 프로파일들(10, 11) 자체로부터 결정되는 상대 임계치와 비교함으로써 평가될 수 있다.
예를 들어, 제1 임계치는 제1 이미터(2)로부터의 광(5)의 최대 정규화된 강도, 즉 I1 max = max(I1(x',y'))의 분율에 기초할 수 있다. 최대 차분(Δmax), 평균 차분(Δavg) 또는 RMS 차분(ΔRMS)이 0.05×I1 max 이하(≤5%), 0.1×I1 max 이하(≤10%), 0.2×I1 max 이하(≤20%) 또는 0.5×I1 max 이하(≤50%)이면, 제1 및 제2 빔 프로파일(10, 11)은 실질적으로 동일한 것으로 간주될 수 있다.
이상적인 경우, 제1 및 제2 빔 프로파일은 각 지점에서, 즉 빔 프로파일러(15)에 의해 측정된 모든 x', y'에 대하여 서로 동일하다. 실제로, 제1 및 제2 빔 프로파일이 실질적으로 동일한 것으로 간주될 정도로 충분히 유사한지의 여부에 대한 대안적인 결정은 다음의 부등식을 사용하여 수행될 수 있다:
Figure pct00004
(4)
여기서, 0 ≤ f ≤ 0.5는 분율이다. 예를 들어, f = 0.1의 값은 제1 및 제2 빔 프로파일(10, 11) 사이의 차분이 제1 빔 프로파일(10)의 10% 이하인지의 여부를 시험하는 것에 대응한다. 일 실시예에 있어서, 제1 및 제2 빔 프로파일(10, 11)은 식 (4)의 부등식이 모든 xA' ≤ x' ≤ xB' 및 모든 yA' ≤ y' ≤ yB'에 대하여 충족될 경우에 실질적으로 동일한 것으로 간주될 수 있다. 대안으로서, 제1 및 제2 빔 프로파일(10, 11)은, 식 (4)의 부등식이 빔 프로파일러(15)에 의해 측정된 영역의 임계 비율에 대하여 충족될 경우에, 예를 들어, 식 (4)의 부등식이 측정된 영역의 90% 이상, 75% 이상, 또는 50% 이상에 대하여 충족될 경우에, 실질적으로 동일한 것으로 간주될 수 있다.
빔 프로파일러(15)는, 예를 들어, 카메라 기반 빔 프로파일러(camera based beam profiler), 이동 슬릿형 빔 프로파일러(translating slit beam profiler), 이동 단차형 빔 프로파일러(translating step beam profiler) 등과 같이 임의의 적절한 형태의 빔 프로파일러일 수 있다. 상이한 파장들에 대한 빔 프로파일러(15)의 상대 감도는, 어떠한 차분도 상대 공간 강도의 사용을 통해 보상되어야 하기 때문에, 제1 및 제2 파장(λ1, λ2)에서 동일할 필요가 없다. 제1 및 제2 이미터(2, 3)는 독립적으로 조명 가능하기 때문에, 빔 프로파일들(10, 11)을 결정하기 위해 필터가 필요하지 않다.
매체, 또는 시료(9)의 일부를 형성하는 기판에서의 결함 또는 그 밖의 불균일성으로 인한 광 산란을 보상하기 위해, 제2 광 이미터(들)를 사용하여 취득되는 신호가 제1 이미터(들)를 사용하여 취득되는 신호로부터 감산될 수 있다. 감산은 제어기(27)에 의해 수행된다.
또한, 도 5를 참조하면, 측방 유동 테스트 스트립(18)은 분석 테스트 장치(1)를 사용하여 측정될 수 있는 시료(9)의 실시예이다.
측방 유동 테스트 스트립(18)("측방 유동 면역분석"이라고도 함)은 생물학적 시험 키트의 일종이다. 측방 유동 테스트 스트립(18)은 분석물의 존재에 대하여 타액, 혈액, 또는 소변과 같은 액체 시료를 시험하는 데 사용될 수 있다. 측방 유동 장치는, 가정 임신 테스트, 가정 배란 테스트, 그 밖의 호르몬에 대한 테스트, 특정 병원균에 대한 테스트, 및 특정 약물에 대한 테스트를 예로서 포함한다.
전형적인 측방 유동 테스트 스트립(18)에 있어서는, 액체 시료가 다공성 스트립(19)의 일 단부에 도입되고 나서, 액체 시료가 모세관 작용(또는 "위킹")에 의해 측방 유동 테스트 스트립(18)을 따라 빨아들여지게 된다. 측방 유동 스트립(18)의 일부는, 분석물이 액체 시료에 존재하는 경우, 분석물에 결합해서 착체를 형성하는 시약으로 활성화되는 표지 입자(21)(도 6 참조)로 전처리된다. 결합된 착체는 물론이고, 미반응 표지 입자(21)(도 6 참조)는, 표지 입자(21)(도 6 참조)에 결합된 분석물의 착체를 결합하고 미반응 표지 입자(21)(도 6 참조)를 결합하지 않는 고정화 결합 시약으로 전처리된 시험 구역(20)에 도달하기 전에 측방 유동 테스트 스트립(18)을 따라 계속해서 전파된다. 표지 입자(21)(도 6 참조)는 특유의 색상을 갖거나, 그렇지 않으면 하나 이상의 범위의 자외선 또는 가시 광선을 흡수한다. 테스트 구역(20)에서 표지 입자(21)(도 6 참조)의 농도의 전개는 분석 테스트 장치(1)를 사용하여, 예를 들어 표지 입자(21)(도 6 참조)의 광학 밀도를 측정함으로써 측정 및 정량화될 수 있다. 분석 테스트 장치(1)는 전개된 측방 유동 테스트 스트립(18) 상에서 측정을 수행할 수 있으며, 즉 액체 시료는 사전 설정 기간 동안 테스트 스트립(18)을 따라 빨아들여지게 되어 있다. 대안으로서, 분석 테스트 장치(1)는 표지 입자(21)(도 6 참조)의 광학 밀도의 운동학적, 즉 동적 시간 분해 측정을 수행할 수 있다.
또한, 도 6을 참조하면, 다공성 스트립(19)은 통상적으로 파이버(22)들, 예를 들어 니트로셀룰로오스 파이버들의 매트(mat)로 형성된다. 테스트 구역(20) 내에서는, 고정화 결합 시약이 분석물의 착체 및 표지 입자(21)를 결합한다.
파이버(22)들은 대략적으로 유사한 방식으로 넓은 범위의 파장에 걸쳐 광을 산란 및/또는 흡수한다. 예를 들어, 파이버(22)에 의해 산란되는 제1 광 이미터(들)(2)로부터의 광(5)의 비율은 제2 광 이미터(들)(3)로부터의 광(6)의 비율과 대략적으로 동일하다. 그러나, 섬유질 다공성 스트립(19)은 균일하지 않고, 파이버(22)들의 밀도는 다공성 스트립(19)을 따라 지점마다 달라질 수 있다. 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 다공성 스트립(19)의 불균일성에 기인하는 이러한 흡광도의 배경 변화는 측정의 감도, 즉 표지 입자(21)의 최소 검출 가능 농도를 제한할 수 있다.
또한, 도 7을 참조하면, 측방 유동 테스트 스트립(18)에 사용되는 표지 입자(21)에 대하여 제1 및 제2 파장(λ1, λ2)을 적절히 선택하면, 분석 테스트 장치(1)는 다공성 스트립(19)의 불균일성에 기인한 이러한 흡광도의 배경 변화를 보상할 수 있다. 예를 들어, 표지 입자(21)의 자외-가시 스펙트럼(23)은 표지 입자(21)의 흡광도가 파장/주파수에 따라 어떻게 달라지는지를 결정하기 위해 취득될 수 있다. 제1 파장(λ1)은 표지 입자(21)의 피크 흡광도에, 또는 그 근방에 있는 파장으로 선택된다. 제2 파장(λ2)은 표지 입자(21)의 피크 흡광도로부터 실질적으로 떨어져 있는 파장으로 선택된다. 즉, 제1 및 제2 파장(λ1, λ2)은 표지 입자가 제2 파장(λ2)에서보다 제1 파장(λ1)에서 상대적으로 높은 흡광도를 갖도록 선택된다. 제1 및 제2 파장(λ1, λ2) 사이의 흡광도의 비는, 예를 들어, 2배 이상, 5배 이하, 10배 이하일 수 있거나, 또는 10배를 초과할 수 있다.
제1 및 제2 파장(λ1, λ2)은 300 ㎚ 이상 1500　㎚ 이하의 범위 내에 있을 수 있다. 제1 및 제2 파장(λ1, λ2)은 400 ㎚ 이상 800　㎚ 이하의 범위 내에 있을 수 있다.
특히, 도 6을 참조하면, 제1 파장(λ1) 주위의 파장을 갖는 제1 광 이미터(들)(2)로부터의 광(5)은 파이버(22)에 의해 산란 및/또는 흡수되는 것 외에, 표지 입자(21)에 의해 흡수된다. 대조적으로, 제2 파장(λ2) 주위의 파장을 갖는 제2 광 이미터(들)(3)로부터의 광(6)은 표지 입자(21)에 의해 단지 약하게만 흡수되거나 또는 전혀 흡수되지 않는다.
또한, 도 8 내지 도 10을 참조하면, 측방 유동 테스트 스트립(18)은 광 경로(7)의 시료 수용부(8)를 통과할 수 있으며, 흡광도 값(A(x))은 측방 유동 시험 장치(18)의 다공성 스트립(19)을 따라 위치(x)의 함수로서 측정된다. 흡광도 값(A(x))은 시료(9)가 시료 수용부(8)를 점유할 경우의 투과율 또는 반사율의 차분 및 기준 조건, 예를 들어, 시료(9)의 부재에 기초하여 결정된다.
제1 파장(λ1)에서의 흡광도(A1(x)) 및 제2 파장(λ2)에서의 흡광도(A2(x))는 다공성 스트립(19)의 파이버(22)에 의한 산란 및/또는 흡수로부터 실질적으로 동일한 기여를 갖는다. 흡광도의 배경 레벨은 파이버(22) 밀도의 불균일성 때문에 다공성 스트립(19)을 따르는 위치(x)에 따라 달라진다. 표지 입자(21)에 기인하는 흡광도 신호는, 적어도 다공성 스트립(19)의 불균일성에 기인하는 배경 분산(background variance)보다 크지 않으면, 신뢰성 있게 검출될 수 없다. 이는 측방 유동 테스트 스트립(18)을 사용하여 검출될 수 있는 표지 입자 농도의 하한을 제한한다. 또한, 동일한 배경 분산은 표지 입자 농도/광학 밀도의 정량 측정의 분해능을 제한한다.
그러나, 파이버(22)가 대략적으로 동일하게 제1 및 제2 파장(λ1, λ2)에서 광을 산란시키기 때문에, 제2 파장(λ2)에서의 흡광도 값(A2(x))은 다공성 스트립에서의 파이버(22)들의 불균일한 분포에 기인하는 배경 흡광도의 변화의 영향을 감소 또는 제거하기 위해 제1 파장(λ1)에서의 흡광도 값(A1(x))으로부터 감산될 수 있다.
실제로 차분(A1(x)-A2(x))이 얻어지는 경우에 흡광도의 배경 분산이 어느 정도 남아있게 되더라도, 표지 입자(21)에 대하여 특정되는 신호의 상대적인 크기는, 경우에 따라 실질적으로, 배경 변화와 관련하여 증가될 수 있다. 이렇게 해서, 검출될 수 있는 표지 입자(21) 농도/광학 밀도의 하한이 감소될 수 있다. 유사하게, 표지 입자(21) 농도/광학 밀도의 정량 측정의 분해능은 증가될 수 있다.
정규화된 공간 강도 프로파일, 즉 제1 및 제2 광 이미터(들)에 의해 생성되는 제1 및 제2 빔 프로파일(10, 11)이 바람직하게는 보정이 유효해지도록 실질적으로 동일하더라도(전술한 바와 같음), 절대 공간 강도 프로파일(도시되지 않음)은 동일할 필요가 없다.
제1 및 제2 광 이미터(2, 3)로부터의 광(5, 6)의 절대 강도가 동일하지 않을 경우, 제1 및 제2 광 이미터(2, 3)의 강도비(α)는 시료(9)의 부재시에 측정될 수 있으며 가중 보정, 즉 A1(x) - αA2(x)를 수행하는 데 사용될 수 있다. 대안으로서, 가중 인자(α)는 제1 및 제2 파장(λ1, λ2)에서의 광 검출기(들)(4)의 상이한 감도를 설명할 수 있다.
분석 테스트 장치(1)는, 제1 및 제2 이미터(2, 3)를 교호로 조명하는 것을 통해, 이중-파장 측정을 수행하기 위해 빔 스플리터, 필터 또는 단색화기와 같은 광학 부품을 필요로 하지 않는 비교적 단순한 광 경로(7)를 포함할 수 있다. 따라서, 분석 테스트 장치(1)는 부피가 크지 않고 제조가 간단하며 저렴한 장치일 수 있다. 부가적으로, 빔 스플리터와 같은 많은 광학 부품은 파장(λ1, λ2)의 선택을 제한할 수 있는 파장 의존 특성을 갖는다. 광 경로(7)에서 광학 부품의 수를 줄임으로써, 또는 일부 실시예에 있어서는 중간 광학 부품의 필요성을 완전히 제거함으로써, 이중-파장 측정을 위한 파장(λ1, λ2)이 덜 제한될 수 있다.
또한, 도 11 내지 도 13을 참조하여, 흡광도 측정치를 취득 및 보정하는 프로세스를 설명한다. 도 11 내지 도 13을 참조하여 설명되는 프로세스는 분석 테스트 장치(1)의 제어기(27)에 의해 수행될 수 있다.
시료(9) 상의 관심 구역이 광 경로(7)의 시료 수용부(8)와 일치하도록 시료(9)가 배치된다(단계 S1). 분석 테스트 장치(1)가 측방 유동 스트립 또는 마이크로유체 장치를 포함하는 자립형 분석에 통합될 경우에는, 이 단계는 생략될 수 있다. 제1 광 이미터(들)(2)가 지속 기간(δt1) 동안 켜지고, 광 검출기(들)(4)가 해당 경로의 시료 수용부(8)를 통해 투과되는(또는 그로부터 반사되는) 광(5)을 측정한다(단계 S2). 선택적으로, 광 검출기(들)(4)가 제1 광 이미터(들)(2)로부터의 광(5)에 의해 여기되는 형광도 측정할 수 있도록, 제1 광 이미터(들)(2)가 지속 기간(δt0) 동안 꺼질 수 있다(단계 S3).
제2 광 이미터(들)(3)가 지속 기간(δt2) 동안 켜지고, 광 검출기(들)(4)가 해당 경로의 시료 수용부(8)를 통해 투과되는(또는 그로부터 반사되는) 광(6)을 측정한다(단계 S4). 선택적으로, 광 검출기(들)(4)가 제2 광 이미터(들)(3)로부터의 광(6)에 의해 여기되는 형광도 측정할 수 있도록, 제2 광 이미터(들)(3)가 지속 기간(δt0) 동안 꺼질 수 있다(단계 S5).
제2 광 이미터(들)(3)를 사용해서 결정되는 흡광도 값(A2(x))은 A1(x) - αA2(x)에 따라 제1 광 이미터(들)(2)를 사용해서 결정되는 흡광도 값(A1(x))을 보정하기 위해 감산되고, 여기서 α는 제1 및 제2 파장(λ1, λ2) 사이의 조명의 절대 강도의 차분 및/또는 제1 및 제2 파장(λ1, λ2)에서의 광 검출기(들)(4)의 상이한 감도를 설명하기 위한 가중 인자이다(단계 S6).
대안으로서, 투과의 측정을 위해, 제1 이미터(2)로부터의 광(5)의 투과를 제2 이미터(3)로부터의 광(6)의 투과로 제산하는 것에 의해 간단한 계산이 수행될 수 있다.
추가 시료(9)가 측정되어야 하면, 다음 시료(9)를 배치할 수 있다(단계 S7). 대안으로서, 동일 시료(9) 상에 관심 구역이 더 있을 경우, 예를 들어 시료(9)가 하나 이상의 테스트 구역(20)을 갖는 측방 유동 테스트 스트립(18)일 경우, 시료(9)는 시료 수용부(8) 내에서 다음 관심 구역이 재위치될 수 있다.
기간(δt1 및 δt2)은, 예를 들어, 10 ms 내지 500 ms 사이의 범위 내에 있을 수 있다.
측정 기하 구조(Measurement geometries)
분석 테스트 장치(1)는 다양한 이미터(2, 3) 및 광 검출기(4) 기하 구조를 사용하도록 구성될 수 있다.
또한, 도 14를 참조하면, 광 경로(7)는, 광 검출기(들)(4)가 광 경로(7)의 시료 수용부(8)를 통해 투과되는 광(5, 6)을 수용하도록 구성될 수 있다. 투과의 측정을 위해, 광 이미터(들)(2, 3) 및 포토다이오드(들)(4)는 광 경로(7)에 대응하는 갭만큼 단순히 이격될 수 있다. 시료(9)가 분석 테스트 장치(1)에 수용될 때, 광 경로(7)의 시료 수용부(8)는 시료(9)에 의해 점유된 갭 부분에 대응한다.
예를 들어, 측방 유동 테스트 스트립(18) 형태의 시료(9)가 사용되면, 측방 유동 테스트 스트립(18)에는 광 이미터(들)(2, 3)와 포토다이오드(들)(4) 사이에 위치되는 시험 구역(20)이 배치될 수 있다. 광 경로(7)의 시료 수용부(8)는 광 경로(7)와 교차하는 측방 유동 테스트 스트립(18)의 두께에 대응한다.
광 경로(7)에는 부가적인 광학 부품들이 포함될 수 있다. 예를 들어, 광 이미터(2, 3)로부터 광 경로(7) 내로의 광 및/또는 광 경로(7)로부터 포토다이오드(들)(4)로의 광은 슬릿 또는 그 밖의 구멍에 의해 제한될 수 있다. 선택적으로, 광 경로(7)에는 디퓨저, 하나 이상의 렌즈 및/또는 그 밖의 광학 부품이 포함될 수도 있다.
또한, 도 15를 참조하면, 대안적으로 분석 테스트 장치(1)는 광 검출기(들)(4)가 광 경로(7)의 시료 수용부(8)로부터 반사되는 광을 수용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 분석 테스트 장치(1)가 측방 유동 테스트 스트립(18) 형태의 시료를 수용하도록 배치되는 경우, 광 이미터(2, 3)는 테스트 장치(1)에 수용되는 측방 유동 테스트 스트립(18)의 관심 구역을 제1 각도(θ1)로 조명하도록 배치될 수 있고, 포토다이오드(들)(4)는 측방 유동 테스트 스트립(18)으로부터 반사되는 광을 수용하도록 배치될 수 있다. 측방 테스트 스트립(18)의 다공성 스트립(19)으로부터 반사되는 광은, 일반적으로, 파이버(22)의 대체로 무작위의 방위로 인해 넓은 범위의 상이한 각도들로 산란될 것이다. 결과적으로, 시료 수용 구역(8)과 광 검출기(들)(4) 사이의 광 경로(7)의 부분은 제1 각도(θ1)와 동일해질 필요가 없는 제2 각도(θ2)로 배향될 수 있다. 일부 실시예에 있어서는, 제1 및 제2 각도(θ1, θ2)가 동일할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 광 이미터(2, 3) 및 광 검출기(들)(4)는 공초점 구성으로 배치될 수 있다. 시료(9)로부터 반사되는 광은 시료 표면(12)에서 비롯되거나 또는 시료(9) 내부에서 비롯될 수 있다.
광 경로(7)에는 부가적인 광학 부품들이 포함될 수 있다. 예를 들어, 광 이미터(2, 3)로부터 광 경로(7) 내로의 광 및/또는 광 경로(7)로부터 포토다이오드(들)(4)로의 광은 슬릿 또는 그 밖의 구멍에 의해 제한될 수 있다. 선택적으로, 광 경로(7)에는 디퓨저, 하나 이상의 렌즈 및/또는 그 밖의 광학 부품이 포함될 수도 있다.
또한, 도 16을 참조하면, 분석 테스트 장치(1)는 이미지 센서(24)를 형성하도록 어레이에 배치되는 다수의 광 검출기(4)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(24)는 카메라의 일부를 형성할 수 있다. 이미지 센서(24)는 광 경로(7)의 시료 수용부(8)의 전부를, 또는 그 일부를 촬상하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 측방 유동 테스트 스트립(18)이 분석 테스트 장치(1)에 수용되면, 이미지 센서(24)는 다공성 스트립(19)의 하나 이상의 테스트 구역(20) 및 그 주변 영역을 촬상하도록 배치될 수 있다. 측방 유동 테스트 스트립(18)은 하나 이상의 쌍(25)을 포함할 수 있으며, 각각의 쌍(25)은 시험 구역(20) 및 제어 구역(26)을 포함하고, 이미지 센서(24)는 하나 이상의 쌍(25)을 동시에 촬상하도록 배치될 수 있다. 다공성 스트립(19)을 구성하는 파이버(22)들의 불균일성으로 인한 배경 분산을 보상하기 위해, 제2의 기준 파장(λ2)을 사용해서 캡처되는 이미지가 제1의 측정 파장(λ1)을 사용해서 캡처되는 이미지로부터 감산될 수 있다. 제1 및 제2 이미터(2, 3)로부터의 조명의 절대 강도가 실질적으로 동일하지 않은 경우, 및/또는 제1 및 제2 파장(λ1, λ2) 사이의 이미지 센서(24)의 감도가 상이한 경우에는, 해당 감산이 가중 인자(α)를 사용해서 가중될 수 있다.
이미지 센서(24)는 투과되는 광 또는 반사되는 광을 촬상하는 데 사용될 수 있다. 광 경로(7)에는 부가적인 광학 부품들이 포함될 수 있다. 예를 들어, 광 이미터(2, 3)로부터 광 경로(7) 내로의 광 및/또는 광 경로(7)로부터 포토다이오드(들)(4)로의 광은 슬릿 또는 그 밖의 구멍에 의해 제한될 수 있다. 선택적으로, 광 경로(7)에는 디퓨저, 하나 이상의 렌즈 및/또는 그 밖의 광학 부품이 포함될 수도 있다.
또한, 도 17 및 도 18을 참조하면, 분석 테스트 장치(1)는 액체 이송 경로(41)의 제1 단부(43)에 근접한 액체 시료 수용 구역(42)에 수용되는 액체 시료를 액체 이송 경로(41)의 제2 단부(44)를 향해 이송하기 위한 액체 이송 경로(41)를 또한 포함할 수 있다. 액체 이송 경로(41)는 광 경로(7)의 시료 수용부(8)와 교차한다.
액체 이송 경로(41)는 다공성 매체, 예를 들어 측방 유동 테스트 스트립(18)의 다공성 스트립(19)의 형태를 취할 수 있다. 다공성 스트립(19)은 모세관 작용에 의해 수성 액체를 이송할 수 있는 니트로셀룰로오스 또는 그 밖의 섬유질 재료를 포함할 수 있다. 다공성 스트립(19)은 본질적으로 모세관 작용에 의해 액체 이송 경로(41)를 따라 액체를 빨아들이는 것이 가능할 수 있다. 사용되는 파이버에 따라서는, 액체 이송 경로(41)를 따르는 액체의 이송을 허용 또는 강화하기 위해 표면 처리가 수행될 수 있다. 액체 이송 경로(41)가 다공성 스트립(19)의 형태를 취하는 경우, 다공성 스트립의 건조 부분과 습윤 부분은 액체 이송 경로(41)를 따라 전파되는 유동 선단(45)에 의해 분리된다. 유동 선단(45)이 제2 단부(44)에 도달했다고 해도, 제2 단부(44)가 저장조 또는 위킹 패드(wicking pad)(66)(도 28 참조)와 접해 있다면, 액체는 액체 이송 경로(41)를 따라 계속 유동할 수 있다.
액체 이송 경로(41)는 광 경로(7)의 시료 수용부(8)와 교차하고, 시료 수용부 내의 다공성 스트립(19)의 흡광도는 시간의 함수로서 모니터링될 수 있다. 이러한 측정을 때때로 "동적(dynamic)" 또는 "운동학적(kinetic)" 측정이라고 할 수도 있다. 예를 들어, 측방 유동 테스트 스트립(18)이 시료 수용부(8) 내에 테스트 구역(20)을 배치하면, 제1 및 제2 파장(λ1, λ2)에서의 테스트 구역(20)의 흡광도를 시간의 함수로서 측정함으로써 표지 입자(21)의 농도의 전개가 시간의 함수로서 추적될 수 있다. 측방 유동 테스트 스트립(18)이 부가적인 관심 구역, 예를 들어 제어 구역(26) 또는 추가 테스트 구역(20)을 포함하면, 분석 테스트 장치(1)에는 부가적인 이미터(2, 3) 쌍들 및 광 검출기(들)(4)가 제공될 수 있다.
액체 이송 경로(41)는 측방 유동 테스트 스트립(18)의 다공성 스트립(19)일 필요는 없다. 대안적으로, 액체 이송 경로(41)는 마이크로유체 장치의 하나 이상의 채널의 형태를 취할 수 있다.
이렇게 해서, 분석의 전개에 관한 동적 정보가 취득될 수 있다. 동적 정보는, 예를 들어, 분석이 신뢰할 만한 것으로 간주될 결과에 대하여 예상대로 또는 허용 범위 내에서 거동했는지를 확인하는 데 유용할 수 있다. 간격(δt1, δt2 및 δt0(사용될 경우))은 분석이 전개되는 시간 규모에 비해 상대적으로 짧아야 한다.
광 경로에의 제1 및 제2 이미터의 결합(Coupling the first and second emitters to the optical path)
상응하는 정규화된 공간 강도 프로파일들(10, 11)이 광 경로(7)의 시료 수용부(8)에서 실질적으로 동일하도록 제1 및 제2 이미터(2, 3)로부터의 광(5, 6)을 광 경로(7) 상으로 도입하는 몇 가지 상이한 방식이 존재한다.
예를 들어, 도 19를 또한 참조하면, 제1 및 제2 이미터(2, 3)로부터의 광(5, 6)은 갭에 의해 분리되는 한 쌍의 슬릿 부재(47)에 의해 규정된 슬릿(46)을 통해 광 경로(7) 상으로 도입될 수 있다. 슬릿 부재(47)는, 예를 들어, 나이프 에지(knife edge) 부재일 수 있다. 제1 및 제2 이미터(2, 3)는 슬릿(46) 입구로부터 거리(d)를 두고 서로 가깝게 배치된다. 제1 및 제2 이미터(2, 3)는 실질적으로 서로 평행하게, 예를 들어 슬릿(46)을 규정하는 슬릿 부재(47)들에 대하여 수직하게 배향될 수 있다. 대안으로서, 제1 및 제2 이미터(2, 3)는 슬릿(46) 상에 집중되게 배향될 수 있다.
각각의 쌍의 제1 및 제2 이미터(2, 3)는, 슬릿(46)을 규정하는 슬릿 부재(47)들에 대하여 수직한 방향을 따라 배치구조를 보았을 때, 슬릿(46)이 해당 이미터(2, 3) 쌍을 수직으로 양분하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 슬릿 부재(47)들이 데카르트 축선 세트를 기준으로 x-y 평면에서 슬릿을 규정하면, 슬릿(46)은 z 축선을 따라 보았을 때 각각의 쌍의 이미터(2, 3)를 수직으로 양분해야 한다.
선택적으로, 슬릿(46)과 이미터(2, 3) 사이의 한 지점에 디퓨저(48)가 배치될 수 있다. 광 이미터(2, 3)로부터의 광(5, 6)을 수집 및/또는 집중시키기 위해 하나 이상의 렌즈(도시되지 않음)가 또한 포함될 수 있다.
또한, 도 20 및 도 21을 참조하면, 제1 및 제2 이미터(2, 3)는 각각 실질적으로 유사한, 원통형으로 대칭인 각도의 방출 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 이미터(2, 3)는 가우스 각도의 방출 프로파일을 가질 수 있다. 원형 대칭의 정규화된 강도 프로파일(10, 11)의 중심 지점들을 수직으로 양분하는 선을 따라, 각각의 정규화된 강도 프로파일(10, 11)의 값들은 수직 이등분선을 따라 실질적으로 동일할 것이다, 즉 I1(x,y)　= I2(x,y)이다. 이렇게 해서, 제1 및 제2의 정규화된 강도 프로파일(빔 프로파일)(10, 11)은 비교적 단순하고 콤팩트한 광학 배치구조를 사용하여 슬릿(46)의 길이를 따라 실질적으로 동일할 것이다.
슬릿(46)은 미세한 공간 분해능을 제공하도록, 또한, 정규화된 강도 프로파일(10, 11)이 슬릿(46)의 폭(t)에 걸쳐 실질적으로 동일해질 수 있도록 상대적으로 협소해야 한다. 슬릿은 100 ㎛ 이상 1 ㎜ 이하의 폭을 가질 수 있다. 바람직하게는, 슬릿은 300 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하의 폭을 가질 수 있다.
제1 및 제2 이미터(2, 3)로부터의 광(5, 6)을 슬릿(46)을 통해 광 경로(7) 내로 결합하는 것은 투과 또는 반사의 측정에 사용될 수 있다.
또한, 도 22를 참조하면, 분석 테스트 장치(1)의 일부 실시예에 있어서, 광 경로(7)는 어떠한 종래의 광학 부품도 포함할 필요가 없다. 예를 들어, 광 검출기(4)로의 단순 광 경로(7)의 타단에 단순히 발광 다이오드 어레이(60)가 배치될 수 있으며, 즉 광 경로(7)는 시료 수용부(8)를 포함할 뿐이다. 발광 다이오드 어레이(60)는 적어도 2개의 발광 다이오드, 즉 하나의 제1 광 이미터(2) 및 하나의 제2 광 이미터(3)를 포함한다. 발광 다이오드 어레이(60)는 컴퓨터, 텔레비전 등의 발광 다이오드 디스플레이 장치에서 발견되는 것과 유사한 크기의 복수의 발광 다이오드 픽셀로 구성될 수 있다. 발광 다이오드 어레이(60)는 제1 및 제2 이미터(2, 3)의 혼합체를 포함할 수 있다.
시료(9)가 관심 구역을 다수 포함하는 경우, 시료(9)는 시료(9)를 스캔할 수 있게 발광 다이오드 어레이(60) 앞으로 이동될 수 있다. 대안으로서, 발광 다이오드 어레이(60) 및 상응하는 광 검출기(4)가 시료(9)를 스캔하도록 이동될 수 있다. 대안으로서, 발광 다이오드 어레이(60) 및 하나 이상의 광 검출기(4)가 시료(9)의 각각의 관심 구역에 대응하게 배치될 수 있어서, 각각의 구역이 동시에 측정될 수 있다.
발광 다이오드 어레이(60)는 반사 또는 투과의 측정에 사용될 수 있다.
또한, 도 23을 참조하면, 발광 다이오드 어레이(60)는 일 방향으로 연장될 수 있거나, 또는 선형 발광 다이오드 어레이(60)일 수 있다.
예를 들어, 시료가 제2 방향(y)을 가로질러 제1 방향(x)으로 길이방향으로 연장되며 제3 방향(z)으로 두께를 갖는 측방 유동 테스트 스트립(18)의 형태로 되는 경우, 발광 다이오드 어레이(60)는 실질적으로 횡단(y) 방향으로는 측방 유동 테스트 스트립(18)의 폭에 걸쳐, 그리고 길이(x) 방향으로는 상대적으로 짧은 거리에 걸쳐 연장될 수 있다. 측방 유동 테스트 스트립(18)이 투과 측정용 윈도우를 포함하는 시료 장착 스테이지(29)에 장착되면, 발광 다이오드 어레이(60)는 실질적으로 측방 유동 테스트 스트립(18)의 폭에 걸쳐 연장될 수 있다. 대안으로서, 측방 유동 테스트 스트립(18)은 분석 테스트 장치(1)에 대하여 고정식으로 장착될 수 있으며, 한 쌍의 LED 어레이(60) 및 광 검출기(4)는 각각의 테스트 구역(20) 및/또는 제어 구역(26)에 대응하여 제공될 수 있다.
또한, 도 24를 참조하면, 발광 다이오드 어레이를 사용하여 부가적인 광학 부품들이 요구되지는 않지만, 발광 다이오드 어레이(60)를 형성하는 제1 및 제2 광 이미터(2, 3)로부터의 광(5, 6)이 광 경로(7)에 진입하기 전에 슬릿 부재(47)들에 의해 규정되는 슬릿(46)을 통과되게 하는 것이 유리할 수 있다. 이렇게 해서, 발광 다이오드 어레이(60)를 사용해서 이루어지는 측정의 공간 분해능이 개선될 수 있다.
선택적으로, 발광 다이오드 어레이(60)와 광 경로(7)의 시료 수용부(8) 사이에는 디퓨저(48)가 배치될 수 있다. 발광 다이오드 어레이(60)로부터의 광(5, 6)을 수집 및/또는 집중시키기 위해 하나 이상의 렌즈(도시되지 않음)가 또한 포함될 수 있다.
또한, 도 25 및 도 26을 참조하면, 발광 다이오드 어레이(60)를 구현하는 한 가지 방식은 제1 및 제2 이미터(2, 3)를 서로의 상부에 적층하는 것이다. 각각의 제1 광 이미터(2)는 제1 파장(λ1)에서 피크 방출을 갖는 발광 다이오드의 형태를 취하고, 상응하는 제2 광 이미터(3)는 제2 파장(λ2)에서 피크 방출을 갖는 발광 다이오드의 형태를 취한다. 제1 및 제2 광 이미터(2, 3)는 교호의 조명이 가능하도록 개별적으로 취급될 수 있다.
제2 광 이미터(3)는 제1 파장(λ1)에서 투명한, 또는 실질적으로 투명한 재료를 사용해서 제조될 수 있다. 예를 들어, 제1 파장(λ1)에서의 제2 광 이미터(3)의 흡광도(61)는 상대적으로 낮을 수 있다. 흡광도는, 50% 미만, 25% 미만, 15% 미만, 10% 미만, 또는 5% 미만(즉, 투과율의 경우에는, 50% 초과, 75% 초과, 85% 초과, 90% 초과, 또는 95% 초과)이면 상대적으로 낮은 것으로 간주될 수 있다. 이렇게 해서, 제2 광 이미터(3)를 제공하는 발광 다이오드는 제1 광 이미터(2)를 제공하는 발광 다이오드의 상부에 놓일 수 있고, 제1 이미터(2)는 광(5)을 제2 광 이미터(3)를 통해 광 경로(7) 상으로 방출할 수 있다.
이 배치구조는 특히 투과 측정에 대하여 콤팩트할 수 있지만, 반사율 측정에 대해서도 사용될 수 있다.
또한, 도 27을 참조하면, 발광 다이오드 어레이(60)에 대한 다른 옵션은 제1 및 제2 광 이미터(2, 3)가 "체스판(chess-board)" 패턴으로 교호되는 어레이에 복수의 제1 및 제2 광 이미터(2, 3)를 배치하는 것이다. 발광 다이오드 어레이(60)의 개개의 광 이미터(2, 3) 또는 픽셀이, 예를 들어 발광 다이오드 디스플레이 또는 텔레비전의 픽셀에 비해 작아지면, 제1 및 제2 광 이미터(2, 3)에 의해 생성되는 정규화된 공간 강도 프로파일(10, 11)은 통상의 픽셀 크기의 수 배 이상의 거리에서 실질적으로 균일하며 서로 동일할 수 있다. 예를 들어, 발광 다이오드 어레이(60)의 픽셀 피치는 5 ㎛ 이상 300 ㎛ 이하의 범위 내에 있을 수 있다. "체스판" 발광 다이오드 어레이(60)와 광 경로(7)의 시료 수용부(8) 사이에 디퓨저(48)를 배치하는 것에 의해, 정규화된 공간 강도 프로파일들(10, 11) 사이의 차분이 더 감소될 수 있다. 제1 및 제2 광 이미터(2, 3)는 교호의 조명이 가능하도록 개별적으로 취급될 수 있다.
이 배치구조는 특히 투과 측정에 대하여 콤팩트할 수 있지만, 반사율 측정에 대해서도 사용될 수 있다.
또한, 도 28을 참조하면, 분석 테스트 장치(1)는 자립형의 일회용 측방 유동 시험 장치(62)에 통합될 수 있다.
측방 유동 시험 장치(62)는 시료 수용부(63), 공역부(conjugate portion)(64), 테스트부(65) 및 위킹부(wick portion)(66)로 세분되는 다공성 스트립(19)을 포함한다. 다공성 스트립(19)은 베이스(67)에 수용된다. 다공성 스트립(19)을 고정하고 다공성 스트립(19)의 노출시킬 필요가 없는 부분들을 덮기 위해 베이스(67)에 덮개(68)가 부착된다. 덮개(68)는 시료 수용부(63)의 액체 시료 수용 구역(42)을 규정하는 부분을 노출시키는 시료 수용 윈도우(69)를 포함한다. 덮개 및 베이스(67, 68)는, 예를 들어, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리프로필렌 또는 이들과 유사한 재료와 같은 폴리머로 제조된다.
베이스(57)는 한 쌍의 발광 다이오드 어레이(60)가 수용되는 리세스(70)를 포함한다. 각각의 발광 다이오드 어레이(60)는 전술한 바와 같이 구성될 수 있다. 덮개(68)는 한 쌍의 광 검출기(4)가 수용되는 리세스(71)를 포함한다. 광 검출기(4)는 포토다이오드의 형태를 취할 수 있다. 하나의 발광 다이오드 어레이(60) 및 포토다이오드(4) 쌍은 다공성 스트립(19)의 시험 구역(20)의 양쪽에 배치된다. 제2의 발광 다이오드 어레이(60) 및 포토다이오드 쌍은 다공성 스트립(19)의 제어 구역(26)의 양쪽에 배치된다. 슬릿 부재(47)들은 발광 다이오드 어레이(60)들을 다공성 스트립(19)으로부터 분리시켜서 300 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하의 범위 내의 폭을 갖는 협소한 슬릿(46)들을 규정한다. 슬릿 부재(47)들은 다공성 스트립(19)의 폭을 가로질러 연장되는 슬릿(46)들을 규정한다. 예를 들어, 다공성 스트립(19)이 제1 방향(x)으로 연장되고 제3 방향(z)으로 두께를 가지면, 슬릿(46)들은 제2 방향(y)으로 연장된다. 추가적인 슬릿 부재(47)들은 포토다이오드(4)들을 다공성 스트립(19)으로부터 분리시키는 슬릿(46)들을 규정한다. 슬릿(46)들은 수분이 리세스(70, 71)에 유입하는 것을 방지하기 위해 박형의 투명 재료층에 의해 덮일 수 있다. 재료는 특정 파장(λ)에서 광의 75% 초과, 85% 초과, 90% 초과, 또는 95% 초과하여 투과할 경우에 해당 파장(λ)에 대하여 투명한 것으로 간주될 수 있다. 각각의 발광 다이오드 어레이(60)와 상응하는 슬릿(46) 사이에는 디퓨저(48)가 선택적으로 포함될 수 있다.
액체 시료(72)는, 예를 들어, 점적기(dropper)(73) 또는 유사한 기구를 사용해서 시료 수용 윈도우(69)를 통해 시료 수용부(63)에 도입된다. 액체 시료(72)는 다공성 스트립(63, 64, 65, 66)의 다공성의 모세관 작용, 또는 위킹 작용에 의해 액체 이송 경로(41)를 따라 제2 단부(44) 쪽으로 이송된다. 다공성 스트립(18)의 시료 수용부(63)는 통상 섬유질 셀룰로오스 필터 재료로 제조된다.
공역부(64)는 시험되고 있는 분석물을 결합하기 위한 적어도 하나의 미립자 표지 결합 시약으로 전처리되어서 표지-입자-분석물 착체(도시되지 않음)를 형성하고 있다. 미립자 표지 결합 시약은 통상, 예를 들어, 분석물에 특이적으로 결합하도록 민감화된 나노미터 크기 또는 마이크로미터 크기의 표지 입자(21)이다. 입자들은, 일반적으로 특정 색상과 같은 시각적 광학 응답이지만, 다른 형태를 취할 수도 있는 검출 가능한 응답을 제공한다. 예를 들어, 적외선에서 가시적인, 또는 자외선 하에서 형광을 발하는, 또는 자성을 띠는 입자들이 사용될 수 있다. 통상, 공역부(64)는 액체 시료(72) 내의 한 가지 유형의 분석물의 존재를 시험하기 위해 한 가지 유형의 미립자 표지 결합 시약으로 처리되게 된다. 그러나, 두 가지 이상의 미립자 표지 결합 시약을 동시에 사용해서 두 가지 이상의 분석물을 시험하는 측방 유동 장치(62)를 제작할 수 있다. 공역부(64)는 통상 섬유 유리, 셀룰로오스 또는 표면 개질된 폴리에스테르 재료로 제조된다.
유동 선단(45)이 테스트부(65)로 이동하면, 표지-입자-분석물 착체 및 미결합 표지 입자가 함께 제2 단부(44)를 향해 운반된다. 테스트부(65)는 상응하는 발광 다이오드 어레이(60) 및 포토다이오드(4) 쌍에 의해 모니터링되는 하나 이상의 시험 구역(20) 및 제어 구역(26)을 포함한다. 시험 구역(20)은, 표지 입자-표적 착체를 특이적으로 결합하고 미반응 표지 입자를 결합하지 않는, 고정화 결합 시약으로 전처리된다. 표지-입자-분석물 착체가 시험 구역(20)에서 결합되면, 시험 구역(20) 내의 표지 입자(21)의 농도가 증가한다. 농도 증가는 상응하는 발광 다이오드 어레이(60) 및 포토다이오드(4)를 사용해서 시험 구역(20)의 흡광도를 측정함으로써 모니터링될 수 있다. 시험 구역(20)의 흡광도는 액체 시료(72)가 첨가되고 나서 설정 기간이 만료되었을 때 측정될 수 있다. 대안으로서, 시험 구역(20)의 흡광도는 측방 유동 스트립이 전개될 때 연속적으로 또는 규칙적인 간격으로 측정될 수 있다.
부정적인 테스트와 단순히 정확하게 기능하지 않은 테스트를 구별하기 위해, 시험 구역(20)과 제2 단부(44) 사이에 제어 구역(26)이 제공되곤 한다. 제어 구역(26)은, 미반응 표지 입자를 특이적으로 결합하고 표지-입자-분석물 착체를 결합하지 않는, 제2 고정화 결합 시약으로 전처리된다. 이렇게 해서, 측방 유동 시험 장치(62)가 정확하게 기능했고 액체 시료(72)가 공역부(64) 및 테스트부(65)를 통과했으면, 제어 구역(26)은 흡광도의 증가를 나타내게 된다. 제어 구역(26)의 흡광도는 시험 구역(20)과 동일한 방식으로 제2의 발광 다이오드 어레이(60) 및 포토다이오드(4) 쌍에 의해 측정될 수 있다. 테스트부(65)는 통상 섬유질 니트로셀룰로오스, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에테르설폰(PES) 또는 전하 변성 나일론 재료로 제조된다. 이들 재료는 모두 섬유질이며, 이렇게 흡광도 측정의 감도는 다공성 스트립(19) 재료의 불균일성을 보정하기 위해 제2 파장(λ2)을 사용해서 취득되는 측정치들을 감산함으로써 개선될 수 있다.
제2 단부(44)에 인접하여 제공되는 위킹부(66)는 테스트부(65)를 통과한 액체 시료(72)를 흡수하고 액체 시료(72)의 통류를 유지하는 것을 돕는다. 위킹부(66)는 통상 섬유질 셀룰로오스 필터 재료로 제조된다.
도 28에는 도시되어 있지 않지만, 자립형 측방 유동 시험 장치(62)는 베이스(67) 또는 덮개(68)에 장착되는 제어기(27)를 또한 포함한다. 측방 유동 시험 장치(62)는, 사용자가 사용 중에 출력 장치(들)(28)를 볼 수 있도록, 베이스(67) 또는 덮개(68)에 통합되는 하나 이상의 출력 장치(28)를 또한 포함할 수 있다.
예시적인 실험 데이터(Illustrative experimental data)
전술한 논의는 예시적인 실험 데이터를 참조하여 보다 잘 이해될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 분석 시험 장치(1)는 예시적인 실험 데이터를 취득하기 위해 사용된 특정 조건 및 시료에 한정되지 않는다.
도 1, 도 5 및 도 29를 참조하면, 금 나노입자 잉크의 테스트 라인(75)을 니트로셀룰로오스로 제조된 블랭크 다공성 스트립(19) 상으로 증착함으로써 테스트 시료가 준비되었다. 금 나노입자는 측방 유동 테스트 스트립(18)에서 사용되는 표지 입자(21)의 일 유형이다. 각각의 테스트 라인(75)은 상이한 용액 광학 밀도의 금 나노입자 잉크를 사용해서 증착되었다. 금 나노입자 잉크의 용액 광학 밀도(OD)는 상응하는 테스트 라인(75) 내의 금 나노입자의 밀도의 척도로 간주될 수 있다. 예를 들어, 도 29에 도시된 테스트 시료는 제각기 15, 100, 25, 7, 5, 2, 0.8 및 0.1의 용액 OD를 갖는 금 나노입자 잉크를 사용해서 증착된 8개의 테스트 라인(75a, ..., 75h)을 포함했다. 각각의 테스트 라인(75a, ..., 75h)은 폭이 1.0±0.5 ㎜이고, 테스트 라인들(75a, ..., 75h)의 중심간 거리가 2.0±0.5 ㎜이다.
또한, 도 30을 참조하면, 흡광도 측정은 블랭크 니트로셀룰로오스 다공성 스트립(19)에 대하여 수행되었고, 광학 밀도의 변화(ΔOD)는 블랭크 다공성 스트립(19)을 따라 위치(x)의 함수로서 도시된다. 이 실시예에 있어서는, 적분구(integrating sphere)(도시되지 않음)를 사용해서 실질적으로 동일한 빔 프로파일(10, 11)이 제공되었고, 발광 다이오드 형태의 제1 및 제2 이미터(2, 3)가 적분구의 제1 포트에 결합되었으며, 적분구의 제2 포트로부터의 광이 블랭크 스트립을 조명했다. 광 검출기(4)는 블랭크 다공성 스트립(19)의 타측에 배치되었고, 투과에 있어서 광학 밀도(흡광도)가 측정되었다. 제1 발광 다이오드(2)는 녹색광(5)(파선)을 방출했고, 제2 발광 다이오드(3)는 근적외(NIR) 파장에서의 광(6)(점선)을 방출했다. 빔 프로파일들(10, 11)은 적분구(도시되지 않음) 내부에서의 다중 반사로 인해 실질적으로 균일했고 실질적으로 동일했다.
포토다이오드(4)와 발광 다이오드(2, 3) 사이의 갭을 통해 블랭크 니트로셀룰로오스 다공성 스트립(19)을 이동시키고 포토다이오드(4)의 출력 신호를 거리의 함수로서 기록함으로써 측정치들을 취득했다. 블랭크 니트로셀룰로오스 다공성 스트립(19)은 스테퍼 모터를 사용해서 이동되었다.
블랭크 니트로셀룰로오스 스트립(19)의 투과율의 불균일성은, 녹색 및 근적외 파장에서의 측정치들이 실질적으로 유사하기 때문에, 넓은 파장 범위에 걸쳐 재현 가능하다는 것을 알 수 있다. 제2 파장에서 이루어진 감산 측정은 다공성 스트립(19)의 배경 불균일성을 실질적으로 보정할 수 있다. 예를 들어, 녹색 발광 다이오드 단독으로 취득된 흡광도 측정치(A1(x))의 경우, ΔOD의 범위는 0.008을 초과했는데 반해, 차분(A1(x) - A2(x))(실선)은
Figure pct00005
0.001의 ΔOD의 범위를 갖는다. 이는 배경 신호의 실질적인 감소를 나타내며, 결과적으로 표지 입자(21)의 낮은 광학 밀도가 분해될 수 있다.
측방 유동 테스트 스트립(18)에서 표지 입자(21)로서 일반적으로 사용된 테스트 라인(75)에 사용되는 금 나노입자는 녹색에서는 강하게 흡수되지만 적외선에서는 상대적으로 약하게 흡수되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 본 명세서에서 설명되는 분석 테스트 장치의 일 실시예는 녹색 및 근적외 유기 발광 다이오드를 사용해서 취득한 신호들의 차분을 비교할 수 있다. 동일한 접근법이 촬상 카메라 접근법에도 사용될 수 있다.
또한, 도 31을 참조하면, 테스트 라인(75)을 포함하는 테스트 시료가 녹색 광(파선) 및 NIR 광(점선)을 사용해서 측정되었다. 사용된 테스트 시료는 0.006, 0.01, 0.03, 0.06 및 0.1의 용액 광학 밀도를 갖는 잉크를 사용해서 증착된 테스트 라인(75)을 포함했다. 녹색 신호로부터 NIR 신호를 감산함으로써 취득한 보정된 신호(실선)는 감소된 배경 변산도(background variability)를 디스플레이하고, 이는 테스트 라인(75)에 기인하는 신호가 분해될 수 있게 한다. 0.006, 0.01, 0.03, 0.06 및 0.1의 용액 광학 밀도를 갖는 잉크를 사용해서 증착된 테스트 라인(75)은 녹색 광만을 사용해서는 효과적으로 분해될 수 없지만, 보정된 신호를 사용해서 용이하게 구별될 수 있다는 점이 관찰된다.
또한, 도 32를 참조하면, 녹색 및 NIR 파장에서의 흡광도(ΔOD)(실선), 녹색 광만을 사용해서 측정된 흡광도(ΔOD)(파선), 및 상업적으로 입수 가능한 핸드헬드 측방 유동 장치 판독기를 사용해서 측정된 흡광도(ΔOD)(쇄선) 사이의 차분을 사용한 측정들 사이의 비교가 도시된다. 상용 핸드헬드 판독기는 Optricon (TRM) Cube-Reader(RTM)였다. 상이한 측정 시리즈가 도면의 가독성을 높이기 위해 y-축선 방향으로 이동되었다. 보정된 이중-파장 측정은 OD=0.1 이하의 용액 광학 밀도를 갖는 잉크에 대응하는 보다 희미한 라인들의 분해능을 가능하게 한다는 점을 알 수 있다.
또한, 도 33을 참조하면, 한계 광학 밀도(LOD), 즉 금 나노입자 밀도의 함수로서의 흡광도에 있어서의 최소 분해 가능 변화는 녹색 및 NIR 파장에서의 흡광도(ΔOD)(실선), 녹색 광만을 사용해서 측정된 흡광도(ΔOD)(파선), 상업적으로 입수 가능한 벤치탑(benchtop) 측방 유동 장치 판독기를 사용해서 측정된 흡광도(ΔOD)(쇄선) 및 핸드헬드 측방 유동 장치 판독기를 사용해서 측정된 흡광도(ΔOD)(쇄선) 사이의 차분에 대하여 테스트 라인(75)을 사용해서 결정되었다. 상용 벤치탑 판독기는 Qiagen (RTM) ESEQuant (RTM) 측방 유동 판독기였다. 상용 판독기 또는 단일 파장 흡광도 측정으로 관찰된 ~0.01 내지 0.02(DOD)의 LOD는 다공성 스트립(19) 상에 인쇄된 테스트 라인(75)을 마스킹하는 니트로셀룰로오스 다공성 스트립(19)의 불균일성에 의해 제한된다. 이중 파장(실선) 측정의 경우, 니트로셀룰로오스 두께 변화의 영향은 테스트 라인(75)을 조명하기 위해 2개의 LED를 사용하여 LOD가 ~1.4×10-3까지, 또는 적분구를 사용하여 LOD가 ~5×10-4까지 감소될 수 있다.
또한, 도 34를 참조하면, 트로포닌(Troponin) 분석을 수행하기 위한 측방 유동 테스트 스트립(18)을 스캔하는 것에 의해 취득된 실험 데이터는 상업적으로 입수 가능한 핸드헬드 판독기(쇄선), 상업적으로 입수 가능한 벤치탑 판독기(점선), 포토다이오드의 맞은 편에 배치되는 녹색 발광 다이오드를 사용하는 단순한 투과 판독기(파선), 및 분석 테스트 장치(1)의 실시예(실선)에 대하여 도시된다. 이 경우에 사용되는 분석 테스트 장치(1)는 투과 모드에서 작동했고, 제1 이미터(2)는 녹색 발광 다이오드였으며, 제2 이미터(3)는 근적외 발광 다이오드였다. 상이한 측정 시리즈가 도면의 가독성을 높이기 위해 y-축선 방향으로 이동되었다.
예시적인 분석 테스트 장치(1)를 사용해서 취득된 측정치들은 단일 파장 유기 발광 다이오드/유기 포토다이오드 쌍과 비교하여 실질적으로 감소된 배경 노이즈를 갖는다는 점을 알 수 있다. 이 예시적인 데이터에서는 테스트 구역(20) 및 제어 구역(26)이 잘 분해되지만, 감소된 배경 노이즈는 분석 테스트 장치(1)가 단일 파장(녹색 전용) 장치보다 낮은 농도를 검출하게 할 수 있다.
또한, 도 35를 참조하면, 블랭크 니트로셀룰로오스 다공성 스트립(19)의 흡광도 변화(ΔOD)에 대한 측정치 및 모델링 결과가 도시된다. y-축선(ΔOD)은 다공성 스트립(19)을 따르는 광학 밀도 변화, 즉 다공성 스트립(19)에 대한 ΔOD의 최대치-최소치이다. 증가하는 x-축선 방향은 제1 및 제2 빔 프로파일(10, 11)의 증가하는 유사도에 대응한다.
3개의 실험 측정치에 대응하는 데이터가 도시된다(삼각형, 실선이 맞춤선임). 가장 좌측의, 또는 최소 등점(least equal point)은 제2 이미터, 즉 NIR 파장을 사용하여 보정 없이 측정된 ΔOD에 대응한다. 가장 우측의, 또는 최대 등점(most equal point)은 적분구(도시되지 않음)를 사용하여 측정된 ΔOD에 대응한다. 제3(중간)의 실험점(experimental point)은 제각기 녹색 광 및 NIR 광을 방출하는 단순한 (나란한) 무기 LED 쌍을 사용해서 측정된 ΔOD에 대응한다. 한 쌍의 발광 다이오드를 사용해서 측정된 ΔOD의 값들은 적분구(도시되지 않음)를 사용해서 측정된 ΔOD보다 3배 높고, 이는 제1 및 제2 빔 프로파일(10, 11) 사이의 차분의 정도에 기인할 수 있다. 그러나, 발광 다이오드 쌍을 사용한 측정은 또한, 녹색 파장만으로 측정된 ΔOD보다 ~4.5배 낮다.
제1 (녹색) 및 제2 (NIR) 이미터(2, 3)의 상이한 빔 프로파일들에 대하여 달성 가능한 ΔOD의 모델링 결과에 대응하는 데이터가 또한 도시된다(개방 원, 파선이 맞춤선임). 도 35에서 개략적으로 도시된 상이한 빔 프로파일들(A, B, C, 및 D)을 갖는 블랭크 다공성 스트립(19)에 대응하는 실험적으로 측정된 ΔOD 데이터를 콘볼루션함으로써 모델링이 수행되었다. 제1 빔 프로파일 세트 A는 단일 파장 측정(즉, NIR 조명 프로파일이 없음)에 대응하고, 최소 균일성(또는 최대 차분)을 나타낸다. 빔 프로파일 세트 D는 동일한 제1 및 제2 빔 프로파일(10, 11)에 대응하고, 최대 균일성을 나타낸다. 빔 프로파일들 B 및 C는 제1 및 제2 빔 프로파일(10, 11)이 차분을 드러내는 중간 상황을 나타낸다.
적분구(도시되지 않음)에 대응하는 측정된 데이터는 모델링된 0의 값보다 크다. 이는 완전히 동일하지는 않은 빔 프로파일들에 기인할 수 있거나, 또는 제2 색상을 사용해서 측정된 흡광도 값들을 감산함으로써 보정에 채용되는 단순한 니트로셀룰로오스 두께 변화 모델로부터의 편차에 기인할 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 적분구(도시되지 않음) 측정에 대한 ΔOD의 값 ~5e-4는 단일 파장 값 ΔOD > 0.06과 비교할 때 실질적으로 감소된다.
수정예
전술한 실시형태들에 대해서 많은 수정이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 수정은 분석 테스트 장치의 설계, 제조 및 사용에 있어서 이미 알려져 있으며 본 명세서에서 이미 설명한 특징들을 대신하여 또는 그에 더하여 사용될 수 있는 등가의 다른 특징들을 수반할 수 있다. 일 실시형태의 특징들은 다른 실시형태의 특징들로 대체 또는 보완될 수 있다.
본원은 LFD를 이용한 흡광도 측정에 관하여 대부분 설명되었지만, 전술한 것과 동일한 방법 및 흡광도 측정치를 취득 및 보정하는 전술한 프로세스(도 11 참조)와 유사한 측정 프로세스를 사용해서 형광 측정이 이루어질 수도 있다.
예를 들어, 전술한 바와 같이, 광 검출기(들)(4)가 제1 광 이미터(들)(2)로부터의 광(5)에 의해 여기되는 형광을 측정할 수 있도록, 제1 광 이미터(들)(2)가 지속 기간(δt0) 동안 꺼질 수 있다(단계 S3). 유사한 방식으로, 광 검출기(들)(4)가 제2 광 이미터(들)(2)로부터의 광(6)에 의해 여기되는 형광을 측정할 수 있도록, 제2 광 이미터(들)(3)가 δt0의 기간 동안 꺼질 수 있다(단계 S5). 이 접근법은 제1 파장(λ1)의 광(5)을 사용해서 제1 형광 마커를 여기시키고 제2 파장(λ2)의 광(6)을 사용해서 제2 형광 마커를 여기시키는 데 사용될 수 있다.
제1 파장(λ1)에서의 광(5)의 일부는 파이버(22)들에 의해 산란될 것이기 때문에, 형광을 여기시키는 데 이용될 수 없다. 유사하게, 제2 파장(λ2)에서의 광(6)의 일부는 파이버(22)들에 의해 산란될 것이기 때문에, 형광을 여기시키는 데 이용될 수 없다. 그러나, 전술한 바와 같이, 파이버(22)들은 제1 및 제2 파장(λ1, λ2)에서의 광을 대략 동일한 방식으로 산란시킨다. 따라서, 제1 및 제2 파장(λ1, λ2)에서 여기되는 형광 측정에 대한 다공성 스트립(19)의 불균일성의 영향은 실질적으로 동일할 수 있다. 이는 2개(또는 그 이상)의 형광 마커의 상대 농도에 기초한 분석의 정확도를 향상시킬 수 있다.
대안으로서, 제1 이미터(2)는 제1 파장(λ1)에 의해 여기되는 형광을 측정하는 데 사용될 수 있고, 제2 이미터(3)는 보정을 수행하는 데 사용될수 있다.
도 13을 다시 참조하면, 제1 이미터(2)는 지속 기간(δt1) 동안 조명될 수 있고, 이어서 제1 및 제2 이미터(2, 3)가 모두 지속 기간(δt0) 동안 조명되지 않고, 이어서 제2 이미터(3)가 지속 기간(δt2) 동안 조명된다. 제1 이미터(2)의 조명 기간(δt1) 동안, 형광 마커들이 여기되고, 비조명 기간(δt0) 동안 형광이 검출된다. 제2 이미터(3)의 조명 기간(δt2) 동안, (반사 또는 투과에 있어서의) 제2 파장(λ2)에서의 광(6)의 흡광도는 시료(9)가 없을 때의 광 경로(7)를 기준 레벨(즉, 0의 흡광도)로서 사용하여 결정된다. 앞서 설명한 바와 같이, 파이버(22)들에 의한 산란에 기인하는 다공성 스트립(19)의 흡광도는 제1 및 제2 파장(λ1, λ2) 사이에서 함께 변동할 것으로 예상된다. 이렇게 해서, 형광을 여기시킬 수 있는 제1 파장(λ1)의 광(5)의 광량은 (1 - A2(x))에 비례하여 변동할 것으로 예상될 수 있고, 여기서 A2(x)는 제2 파장(λ2)에서 결정된 흡광도를 나타낸다. 제1 파장(λ1)에서의 광(5)에 의해 여기되는 측정된 형광은 측정된 형광 값들을 (1 - A2(x))로 제산함으로써 다공성 스트립(19)의 불균일성의 영향을 저감 또는 제거하도록 보정될 수 있다. 이는 측방 유동 형광 분석의 검출 한계를 개선할 수 있다.
측방 유동 테스트 스트립(18)에 관하여 실시예들을 설명했지만, 본 발명의 방법 및 장치는 최소한의 수정으로 다른 유형의 시료(9)와 함께 사용될 수도 있다.
예를 들어, 분석 테스트 장치(1)는 광 경로(7)에 대하여 수직하게 마이크로유체 채널 또는 채널들(도시되지 않음)을 수용하도록 되어 있는 시료 수용부(8)를 갖는 광 경로(7)를 포함할 수 있다. 마이크로유체 채널(들)(도시되지 않음)은 폴리머 재료로 기계가공된 하나 이상의 긴 배관 또는 하나 이상의 채널의 형태로 될 수 있다. 마이크로유체 채널(들)(도시되지 않음)은 액체 시료의 모세관 이송을 가능하게 하는 크기로 될 수 있다. 제2 파장(λ2)에서의 측정치는 마이크로유체 채널(들)(도시되지 않음)의 벽 상의 결함 또는 오염으로부터의 산란 또는 흡수를 보상하는 데 사용될 수 있다.
하나 이상의 분석물로의 확장(Expansion to more than one analyte)
일부 테스트의 경우, 동일한 시료 내의 2개 이상의 분석물의 농도를 동시에 검출 및 정량화하는 것이 바람직할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로서, 하나 이상의 관심 분석물을 포함할 수 있는 다수의 시료는 유색의 것일 수 있으며, 예를 들어 혈액일 수 있다. 다른 시료들은, 예를 들어, 소변 또는 그 밖의 생물학적으로 유래된 물질 또는 부산물의 농도에 따라 색상의 범위를 표시할 수 있다.
전술한 방법 및 장치는, 시료가 유색인지 또는 실질적으로 투명한지에 관계없이, 단일 시료 내의 2개 이상의 분석물을 검출하도록 적용될 수 있다.
일반적으로, N개의 상이한 파장들을 사용해서 시료 수용부(8)를 순차 조명함으로써, 다공성 스트립(19), 또는 그 밖의 이러한 배경 산란의 근원의 불균일성을 보정하면서 N-1개의 상이한 분석물들의 농도들이 결정될 수 있다. N개의 파장 각각은 하나 이상의 광 이미터들의 상응하는 세트에 의해 제공될 수 있다. 제어기(27)는, 한 세트의 이미터들만이 임의의 정해진 시간에 광을 방출하고 있도록, 순서에 따라 하나 이상의 광 이미터들의 N개의 세트 각각을 조명할 수 있다. N-1개의 분석물 중 일부는 직접 관심 대상이 아닐 수 있으며, 예를 들어, N-1개의 분석물 중 일부는 시료의 착색을 제공하는 물질 또는 조성물일 수 있다. 그러나, 시료의 착색을 제공하는 분석물을 고려하면, 시료에 포함된 관심 분석물의 보다 정확한 검출 및 정량화가 가능해질 수 있다.
또한, 도 36a 및 도 36b를 참조하면, LED 어레이(60)를 사용해서 광을 광 경로(7)에 결합하기 위한 제2 또는 제3 배치구조(도 25, 도 27)가 2세트 이상의 광 이미터들에 대하여 용이하게 적용될 수 있다.
특히, 도 36a를 참조하면, LED 어레이(60)는 다수의 픽셀(99)을 포함할 수 있으며, 각각의 픽셀은 LED 서브-픽셀 형태의 제1 이미터(2), 제2 이미터(3) 및 제3 이미터(98)를 포함한다.
특히, 도 36b를 참조하면, LED 어레이(60)는 다수의 픽셀(100)을 포함할 수 있으며, 각각의 픽셀은 LED 서브-픽셀 형태의 제1 이미터(2), 제2 이미터(3), 제3 이미터(98) 및 제4 이미터(101)를 포함한다.
도 14에 도시된 투과 기하 구조 또는 도 15에 도시된 반사 기하 구조는 2세트 이상의 이미터들에 의해 방출되는 광에 의한 순차 조명에 사용될 수 있다. 이미지 센서(24) 형태의 광 검출기(4)(도 16 참조)는 광 경로(7)의 시료 수용부(8)를 촬상하는 데 사용될 수 있다.
분석물 농도를 추출하는 방법(Method of extracting analyte concentrations)
시료는 일반적으로 N-1개의 분석물을 포함할 수 있다. N-1개의 분석물에 대한 농도를 추출하는 방법은 하나 이상의 광 이미터로 이루어진 N개의 세트로부터 방출되는 광을 사용하여 순차적으로 조명하는 것을 포함한다. 광 이미터들의 각각의 세트는 상이한 파장을 중심으로 광을 방출한다. 분석물의 수(N-1)는 다공성 스트립(19), 마이크로유체 채널(들), 또는 임의의 유사한 배경 산란원의 배경 불균일성으로부터의 산란에 대한 보정을 가능하게 하도록 이미터들의 세트의 수(N)보다 하나 적다. 분석물 중 일부는 시료의 착색을 일으키는 물질 또는 조성물일 수 있다. 시료 착색을 일으키는 물질 또는 조성물을 정량화하는 것은 직접적인 관심 대상은 아닐 수도 있지만, 소변, 혈액, 와인, 조리용 기름 등과 같은 유색의 시료에 내포된 하나 이상의 관심 분석물의 보다 민감한 검출 및/또는 보다 정확한 정량화를 가능하게 할 수 있다.
N-1개의 파장 중 n번째 파장(λn)의 광에 대하여, 시료 수용부(8)를 통한 흡광도는 A(λn)으로 표시된다. 일반적으로, 흡광도 A(λn)은 n번째 파장(λn)에 걸치는 파장의 범위에 대응한다. 예를 들어, A(λn)은 파장 범위에 걸친 강도의 적분에 기초하여 계산될 수 있다.
총 흡광도 A(λn)은 다음과 같이 합으로 보여질 수 있다:
Figure pct00006
(5)
여기서, s(λn)은 다공성 스트립(19) 또는 그 밖의 배경 산란원의 배경 불균일성으로부터의 산란에 기인하는 n번째 파장(λn)에서의 흡광도이고, ci는 N-1개의 분석물 중 i번째 분석물의 농도이고, εi(λn)은 n번째 파장(λn)에서 N-1개의 분석물 중 i번째 분석물의 흡광도에 대하여 농도(ci)를 관련시키는 계수이다. 농도(ci)는 기준 파장, 예를 들어, 1번째 파장(λ1)에 대응하는 흡광도(광학 밀도)의 단위로 표현된다. 따라서, 계수 εi(λn)들은 각각 1번째 파장(λ1)과 n번째 파장(λn) 사이의 i번째 분석물의 흡광도의 비이다.
흡광도의 측정은, 예를 들어, 시료 수용부(8) 내에 시료(9)가 존재하는 상태의 측정치와 존재하지 않는 상태의 측정치를 취득하는 것에 의한, 투과 기하 구조에 있어서의 직접적인 측정일 수 있다.
대안으로서, 시료(9)가 측방 유동 테스트 스트립(18)일 경우, 흡광도 값(A(λn))은 미처리된 다공성 스트립(19)의 시험 구역(20) 및 주변 구역들을 커버하는 이미지 또는 스캔으로부터 취득될 수 있다. 대안으로서, 흡광도 값(A(λn))은 측방 유동 테스트 스트립에 액체 시료가 도입되기 전에 취득되는 투과/반사의 측정을 참조하여 취득될 수 있다.
또한, 도 37 내지 도 48을 참조하여, 측방 유동 스트립(20)으로부터의 흡광도 "지문(fingerprints)"이라고도 하는 흡광도 값(A(λn))을 취득하는 방법을 이론적으로 모델링된 유기 광 검출기(OPD) 신호를 참조하여 설명한다.
특히, 도 37을 참조하면, 이론적인 OPD 신호를 생성하기 위한 모델은, 각각 파장(λ)의 함수인 대표적인 LED 방출 프로파일들(102, 103, 104)과 결합하여, 파장(λ)의 함수인 대표적인 OPD 흡수 프로파일(101)에 기초한다. 제1 LED 방출 프로파일(102)은 전형적인 녹색 OLED에 대응하고, 제2 LED 방출 프로파일(103)은 전형적인 적색 OLED에 대응하고, 제3 LED 방출 프로파일(104)은 전형적인 근적외(NIR) OLED에 대응한다.
특히, 도 38을 참조하면, 이론적인 OPD 신호를 생성하기 위한 모델에의 추가적인 입력은, 제각기 금 나노입자, 청색 염료, 및 니트로셀룰로오스 파이버(22)에 대한 대표적인 흡수 프로파일들(105, 106, 107)을 포함한다. 제1 흡수 프로파일(105)은 금 나노입자의 흡광도에 대응하는 파장(λ) 의존 함수이다. 제2 흡수 프로파일(106)은 청색 염료의 흡광도에 대응하는 파장(λ) 의존 함수이다. 제3 흡수 프로파일(107)은 다공성 스트립(19)을 형성하는 니트로셀룰로오스 파이버(22)의 흡광도에 대응하는 파장(λ) 의존 함수이다.
특히, 도 39를 참조하면, 이론적인 OPD 신호를 생성하기 위한 모델에의 추가적인 입력은, 제각기 금 나노입자, 청색 염료, 및 니트로셀룰로오스 파이버의 추정 농도 프로파일들(108, 109, 110)을 포함한다. 해당 모델에 있어서는, 측방 유동 테스트 스트립(18)이 후방 조명되고, 측방 유동 테스트 스트립(18)을 통해 투과된 광이 이미지 센서(24)를 형성하는 다수의 OPD를 사용해서 촬상된다고 가정한다. 도 39의 x-축선은 이미지 센서(24)의 픽셀 단위의 거리이다. 등가의 정보가 측방 유동 테스트 스트립(18)의 길이를 따라 단일의 OPD를 스캔함으로써 모델링 또는 측정될 수 있다(이 경우, 거리 단위는 예를 들어, 픽셀이 아니라 ㎜일 것이다). 일차 Y-축선(범위 0 내지 1.2)에 대하여 그려진 제1 추정 농도 프로파일(108)은 금 나노입자의 위치 의존 농도에 대응한다. 일차 Y-축선(범위 0 내지 1.2)에 대하여 그려진 제2 추정 농도 프로파일(109)은 청색 염료의 위치 의존 농도에 대응한다. 이차 Y-축선(범위 0.9 내지 1.02)에 대하여 그려진 제3 추정 농도 프로파일(110)은 니트로셀룰로오스 파이버(22)의 위치 의존 농도에 대응한다. 제3 추정 농도 프로파일(110)은 다공성 스트립(19)을 따르는 위치에 대한 니트로셀룰로오스 파이버(22) 농도(예를 들어, 파이버 부피 분율과 같은 밀도를 의미함)의 변동을 포함한다. 또한, 도 39에서는, 측방 유동 테스트 스트립(18)의 길이를 따라 상이한 위치들에서의 가변 조명 강도를 나타내는 조명 프로파일(111)이 도시된다. 조명 프로파일(111)은 모델링된 녹색, 적색, 및 NIR OLED들에 대하여 동일한 것으로 가정된다.
특히, 도 40을 참조하면, 제각기 녹색, 적색, 및 NIR OLED들에 대응하는 시뮬레이션된 OPD 신호들(112, 113, 114)은 방출 프로파일(102, 103, 104), 조명 프로파일(111), 농도 프로파일(108, 109, 110) 및 흡광도 프로파일(105, 106, 107)에 기초하여 추산될 수 있다. 의사 난수에 기초하여 생성된 노이즈가, OPD 노이즈를 시뮬레이션하기 위해, 시뮬레이션된 OPD 신호(112, 113, 114)에 추가되었다.
특히, 도 41을 참조하면, 청색 염료 농도 프로파일(109)이 모든 곳에서 0인 경우에 대하여 계산된 시뮬레이션된 녹색 OPD 신호(112b)가 도시된다.
녹색 흡광도 값을 추출함에 있어서의 제1 단계로서, 일차 Y-축선(범위 0 내지 4500)에 대하여 그려진 느리게 변하는 배경 프로파일(115)은 일차 Y-축선(범위 0 내지 4500)에 대하여 그려진 시뮬레이션된 녹색 OPD 신호(112b)에 맞춰진다. 배경 프로파일(115)은 다공성 스트립(19)의 니트로셀룰로오스 파이버(22)에 의해 투과되는 평균 강도(T0)에 대한 근사치를 나타낸다. 시뮬레이션된 녹색 OPD 신호(112b)는 다공성 스트립(19) 및 금 나노입자를 통해 투과된 강도(T)를 나타낸다. 정규화된 녹색 투과 프로파일(116)은 이차 Y-축선(범위 0 내지 1.2)에 대하여 그려진 T/T0으로서 계산된다. 정규화된 녹색 투과 프로파일(116)이 니트로셀룰로오스 파이버(22) 농도 프로파일(110)에서의 지점-대-지점 변동에 기인하는 변동을 보유한다는 점을 알 수 있다.
특히, 도 42를 참조하면, 청색 염료 농도 프로파일(109)이 모든 곳에서 0인 경우에 대하여 계산된 시뮬레이션된 NIR OPD 신호(114b)가 도시된다. IR 흡광도 값을 추출함에 있어서의 제1 단계로서, 일차 Y-축선(범위 0 내지 4500)에 대하여 그려진 느리게 변하는 배경 프로파일(115)은 일차 Y-축선(범위 0 내지 4500)에 대하여 그려진 시뮬레이션된 NIR OPD 신호(114b)에 맞춰진다. 본 발명의 모델링 추정들이 주어지면, 배경 프로파일(115)은 녹색 및 NIR 데이터에 대하여 동일하지만, 실제로 배경 프로파일(115)은 상이한 광 이미터들(2, 3, 98)에 대하여 달라질 수 있다. 정규화된 NIR 투과 프로파일(117)은 이차 Y-축선(범위 0 내지 1.2)에 대하여 그려진 T/T0으로서 계산된다.
특히, 도 43 및 도 44를 참조하면, 정규화된 투과 프로파일들(116, 117)은 공식 A = -log10(T/T0)에 따라 흡광도 값들로 변환된다. 제1의 시뮬레이션된 흡광도 프로파일(118)은 녹색 OLED에 대응하여 취득되고 픽셀 위치(x)에서의 녹색 흡광도 값(AG(x))을 포함한다. NIR 흡광도 값(ANIR(x))을 포함하는 제2의 시뮬레이션된 흡광도 프로파일(119)은 NIR OLED에 대응하여 취득된다. 이러한 방식으로 계산된 흡광도 값들은 다공성 스트립(19)의 평균 농도(밀도/파이버 부피 분율)와 동일한 농도(밀도/파이버 부피 분율)를 갖는 완전히 균일한 니트로셀룰로오스 스트립에 대한 흡광도의 변화로서 더욱 엄격하게 보여진다. 이러한 값들을 델타-광학 밀도 또는 ΔOD 값들이라고도 할 수 있다. 계산이 투과 기하 구조를 참조하여 개략적으로 설명되었지만, 반사 기하 구조에 대하여 유사한 계산을 수행할 수 있다.
특히, 도 45 및 도 46을 참조하면, 흡광도 지문 값들의 추산이 예시된다. 도 45 및 도 46은 모두 X-축선에 대하여 그려진 녹색 시뮬레이션된 흡광도 프로파일(118) 및 Y-축선에 대하여 그려진 NIR 시뮬레이션된 흡광도 프로파일(119)의 산포도이다. 각각의 데이터 지점(120)은 시뮬레이션된 측방 유동 장치(18)의 특정 위치(x)에서의 한 쌍의 녹색 흡광도 값(AG(x)) 및 NIR 흡광도 값(ANIR(x))을 나타낸다.
서로 다른 기울기를 갖는 2가지의 별개의 상관관계가 도 45 및 도 46에서 관찰될 수 있다. 제1 상관관계는 도 46에서 가장 쉽게 확인되며 대략 단일의 기울기를 갖는다. 이는 니트로셀룰로오스 파이버에 대응하며, 녹색 및 NIR 파장과의 그 상호작용은 해당 모델에서는 물론, 실제로도 본질적으로 동일하다. 제1 상관관계의 극값 데이터 지점(121)을 조사함으로써, 니트로셀룰로오스 파이버(22)의 흡광도 "지문"이라고도 하는 니트로셀룰로오스 파이버(22) 농도 프로파일(110)에서의 변동에 기인하는 한 쌍의 흡광도 값은 ANC(λG)
Figure pct00007
0.01, ANC(λNIR)
Figure pct00008
0.01로서, 또는 대안으로서 벡터 표기를 사용해서 ANC
Figure pct00009
(0.01, 0.01)로서 추산될 수 있다.
제2 상관관계는 도 45에서 가장 쉽게 확인되며, 금 나노입자에 대한 NIR 광의 상대적으로 약한 응답에 비해, 금 나노입자에 대한 녹색 광의 상대적으로 강한 응답을 나타내는 훨씬 얕은 기울기를 갖는다. 제1 상관관계와 유사한 방식으로, 제2 상관관계의 경우, 금 나노입자에 대응하는 흡광도 "지문"은 극값 지점(122) 및 니트로셀룰로오스 파이버(22) 농도 프로파일(110)에서의 변동으로 인한 신호의 감산에 기초하여, ANC(λG)
Figure pct00010
1, ANC(λNIR)
Figure pct00011
0.02로서, 또는 벡터 표기를 사용해서 AAu
Figure pct00012
(1, 0.02)로서 추산될 수 있다. 흡광도 지문을 추산하는 이 방법은, 예를 들어, 3D 플롯 또는 N-차원 분석 방법을 사용함으로써, 광의 3개 이상의 파장 대역으로 확장될 수 있다.
시뮬레이션된 OPD 신호들(112, 113, 114)을 참조하여 설명되는 흡광도 값들을 취득하는 방법은 투과 기하 구조에서 취득되든지 또는 반사 기하 구조에서 취득되든지간에, 측정된 데이터에 동등하게 적용할 수 있을 것으로 예상된다.
흡광도 값을 취득하는 다른 방법들이 사용될 수 있다. 임의의 적절한 방법에 따라 측정되는 흡광도 값들은 이하에 제시되는 바와 같이 식 (6) 내지 (13), (10b) 내지 (13b) 및/또는 식 (10c)에 따라 분석될 수 있다.
일반적인 경우, N-1개의 파장 중 n번째 파장(λn)의 광에 대하여, 시료 수용부(8)를 통한 (그러나, 측정된) 흡광도가 A(λn)으로 표시된다. 흡광도(A(λn))가 각각의 파장(λn)에서 측정되면, 흡광도 열 벡터는 다음과 같이 정의될 수 있다:
Figure pct00013
(6)
예를 들어, 흡광도 값(A(λn))은 도 45 및 도 46을 참조하여 전술한 바와 같이 취득되는 흡광도 지문 값일 수 있다.
유사하게, 농도 열 벡터는 다음과 같이 정의될 수 있다:
Figure pct00014
(7)
여기서, 배경 흡광도(s(λn))에 대응하는 농도(cs)는 기준 파장에서의 배경 흡광도, 예를 들어 1번째 파장(λ1)에서의 s(λ1)로 설정되는 더미 농도이다. 분석물 농도(ci)와 균등한 단위로 더미 농도를 사용하면, 후술하는 계산 전반에서 측정된 흡광도 값들의 적절한 스케일링이 유지된다. 실제로, 후술하는 바와 같이, 방법의 교정은 전형적으로 어떠한 분석물도 없이 배경 산란의 측정치를 취득하는 단계를 포함하기 때문에, 더미 농도(cs)에 대한 적절한 값을 취득하는 것은 문제가 되지 않는다. 흡광도 벡터(A)는 다음과 같은 행렬 식을 사용해서 계수(εi(λn)), 배경 흡광도(s(λn)) 및 농도 벡터(c)에 관하여 표현될 수 있다:
Figure pct00015
(8)
여기서, M은 1 ≤ j ≤ N-1에 대한 계수 Mij = εj(λi) 및 MiN　=　s(λi)를 갖는 정방 행렬이다. 행렬(M)을 반전시킴으로써, 분석물의 미지의 농도(ci)가 각각의 파장(λn)에서의 측정된 흡광도 값(A(λn))으로부터 결정될 수 있다:
Figure pct00016
(9)
식 (9)를 적용하기 위해, 행렬(M)의 계수(Mij)를 알 필요가 있기 때문에, 역행렬(M-1)이 계산될 수 있다. 식 (9)를 평가할 경우, 배경 산란 "농도"에 대응하여 계산되는 값은 이상적으로는 더미 농도(cs)와 동일할 것이다. 실제 상황에서는, 배경 산란 "농도"에 대응하여 계산되는 값은 더미 농도(cs)로부터 벗어날 수 있다. 편차의 크기는 서로 다른 다공성 스트립(19)들, 마이크로유체 채널들 등의 사이에서의 변화의 지표를 제공할 수 있다. 큰 편차는 특정 시료에 의한 또는 행렬(M) 계수(Mij)의 교정에 의한 가능한 문제점의 지표를 제공할 수 있다.
행렬(M)의 계수(Mij)는 각각의 분석물의 기지의 농도(ci)를 갖는 시료를 사용한 실험 측정으로부터 사전에 결정될 수 있다. 제1 교정 시료를 갖는 흡광도 값들의 측정된 세트(A1(λn))는 기준 흡광도 벡터(A1) 및 교정 농도 벡터(c1)에 의한 상응하는 농도(ci 1)에 의해 표현된다. 일반적으로, N개의 파장(λ1, ..., λN)의 경우, 다수(N)의 교정 시료 및 측정이 필요해진다. 지문 행렬(F)은 각각의 기준 흡광도 벡터(A1, ..., AN)의 계수들을 지문 행렬(F)의 상응하는 열에 대한 계수들로서 설정함으로써 기준 흡광도 벡터들(A1, ..., AN)의 세트를 사용해서 정의된다:
Figure pct00017
(10)
지문 행렬(F)의 입력들은 도 45 및 도 46에 관하여 설명한 바와 같이 추산되는 흡광도 지문 값들을 구성할 수 있다. 그러나, 해당 입력들은 흡광도 지문 값일 필요는 없으며, 일반적으로 지문 행렬(F)의 입력들은 임의의 적절한 방법에 따라 측정 또는 취득되는 흡광도 값들일 수 있다. 상응하는 교정 농도 벡터들(c1, ..., cN)은 교정 행렬(C)의 열들로서 설정될 수 있고:
Figure pct00018
(11)
지문 행렬(F)과 교정 행렬(C)은 하기 식에 따라 관련된다:
Figure pct00019
(12)
행렬(M)의 계수(Mij)는 M = FC-1로서 계산될 수 있으며, 역행렬(M-1)의 계수는 M-1 = CF-1로서 계산될 수 있다. 따라서, 농도 벡터(c)에 의해 표현되는 미지의 농도들(ci)의 세트는 하기 식에 따라 흡광도 벡터(A)로 표현되는 측정된 흡광도 값(A(λn))에 대한 디콘볼루션 행렬(역혼합 행렬이라고도 함)로서 CF-1을 사용해서 복구될 수 있다:
Figure pct00020
(13)
이렇게 해서, N-1개의 분석물의 미지의 농도들(c1, ..., cN-1)의 세트는 상응하는 광 이미터들의 N개의 세트로부터 방출되는 N개의 파장(λ1, ..., λN)에서의 흡광도 값들(A(λ1), ..., A(λN))의 측정으로부터 재구성될 수 있다. 흡광도 값들(A(λ1), ..., A(λN))은 도 45 및 도 46에 관하여 설명한 바와 같이 취득되는 흡광도 지문 값들의 형태일 수 있거나, 또는 임의의 다른 적절한 방법을 사용해서 취득 또는 추산되는 흡광도 값들일 수 있다.
각각의 분석물의 실제 물리적 농도 또는 개수 밀도(number density)(예를 들어, number.cm-3 단위)는 시료 수용부(8)를 통한 경로 길이 및 기준 파장(예를 들어, 1번째 파장(λ1))에서의 i번째 분석물에 대한 감쇠 계수를 갖는 비어-람베르트(Beer-Lambert) 법칙을 사용해서 재구성된 농도들(c1, ..., cN-1)(즉, 기준 파장에서의 흡광도 값들)로부터 추산될 수 있다. i번째 분석물에 대한 감쇠 계수가 기준 파장에서 미지의 값이면, 계수 Mij = εj(λi)(M = FC-1을 취득하기 위해 디콘볼루션(역혼합) 행렬을 반전시킴으로써 계산됨)는 기준 파장에서의 농도(흡광도)(ci)를 감쇠 계수가 기지의 값인 파장에서의 흡광도로 변환시키는 데 사용될 수 있다.
균등하게, AT = cTMT이기 때문에, 대안적인 지문 행렬(G)은 각각의 기준 흡광도 벡터(A1, ..., AN)의 계수들을 대안적인 지문 행렬(G)의 상응하는 행에 대한 계수들로서 설정함으로써 정의될 수 있고:
Figure pct00021
(10b)
상응하는 교정 농도 벡터들(c1, ..., cN)은 대안적인 교정 행렬(D)의 행들로서 설정될 수 있고:
Figure pct00022
(11b)
대안적인 지문 행렬(G) 및 대안적인 교정 행렬(D)은 하기 식에 따라 관련된다:
Figure pct00023
(12b)
따라서, 농도 벡터(c)에 의해 표현되는 미지의 농도들(ci)의 세트는 하기 식에 따라 흡광도 벡터(AT)에 의해 표현되는 측정된 흡광도(A(λn))에 대한 디콘볼루션 행렬로서 G-1D를 사용해서 균등하게 복구될 수 있고:
Figure pct00024
(13b)
각각의 분석물은 조명 파장들(λ1, ..., λN) 중 하나에 대응하는 흡광도 피크를 갖는 것이 바람직하다. 실질적으로 중첩되는 것을 회피하도록 N-1개의 타입의 분석물에 대응하는 흡광도 피크가 바람직하다. 분석물들의 흡광도 스펙트럼들이 지나치게 유사하면, 이는 분석물 농도들(ci)을 결정함에 있어서 오류를 초래할 수 있다. 실제로, 분석물의 개수는 스펙트럼들의 구별 가능성에 의해 제한될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 흡광도 값들을 단일의 기준 교정 값, 예를 들어 A1(λ1)에 대하여 정규화하는 것이 편리할 수 있다. 예를 들어, A1(λ1)에 대한 정규화에 의하면, 정규화된 지문 행렬(Fn)은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pct00025
(10c)
식 (6) 내지 (13) 및 식 (10b) 내지 (13b) 각각은 이러한 방식으로 정규화되어서, 흡광도 및 농도 값이 기준 교정 값, 예를 들어 A1(λ1)에 대하여 분율로서 표현되게 할 수 있다.
농도 및 교정 행렬 값들의 결정(Determination of concentration and calibration matrix values)
교정은, 기지의 농도(ci)를 갖는 N-1개의 상이한 분석물들의 순수한(또는 실질적으로 순수한) 시료들이, 예를 들어 다공성 스트립(19) 상에 지지되는 기준 조건에서의 시험에 대하여 이용될 수 있는 경우에 간략화된다. 교정 시료들 중 하나는 배경 산란(s(λn)), 예컨대 다공성 스트립(19)에만 대응해야 한다. 이 경우, 기준 파장에서의 각각의 분석물에 대한 농도(ci)의 결정이 간략화될 수 있기 때문에, 교정 행렬을 결정하는 것이 간략화된다. 예를 들어, N번째 교정 시료가 배경 산란만을 포함하면, 1번째 파장(λ1)을 기준 파장으로서 사용해서, 순수한(또는 실질적으로 순수한) i번째 분석물을 포함하는 i번째 교정 시료(1 ≤ i ≤ N-1)의 교정 농도(ci 0)는 다음과 같이 근사화될 수 있고:
Figure pct00026
(14)
여기서, Ai(λ1)는 1번째 파장에서의 i번째 분석물의 순수한 또는 실질적으로 순수한 시료의 측정된 흡광도이다. 교정 행렬(C)은 다음과 같이 쓸 수 있고:
Figure pct00027
(15)
여기서, 더미 농도(cs) = AN(λ1)이다. 이 특별한 경우에는, 디콘볼루션 행렬(CF-1)의 계산이 간략화될 수 있다.
교정 행렬(C) 및 디콘볼루션 행렬(CF-1)의 계산은, 상이한 분석물들의 순수한(또는 실질적으로 순수한) 시료들의 흡광도가 배경 산란이 매우 낮거나 무시할 수 있을 정도인 조건 하에서 테스트될 수 있다면, 더욱 간략화될 수 있다. 이러한 최적의 조건 하에서, 교정 행렬은 대각 행렬이며, 기준 농도 값들은 기준 파장에서 측정된 흡광도 값들로 직접 설정될 수 있고:
Figure pct00028
(16)
여기서, 더미 농도(cs) = AN(λ1)이다. 식 (14) 내지 (16) 각각은 전술한 바와 같이, 기준 교정 흡광도 값, 예를 들어 A1(λ1)에 대하여 정규화될 수 있다.
하나의 분석물 및 배경 산란에의 적용(Application to one analyte and background scattering)
N개의 조명 파장을 사용해서 N-1개의 분석물에 대한 광학 밀도를 추출하는 방법은 제1 및 제2 파장(λ1, λ2)에서의 순차적인 조명으로, 즉 A1(x)-A2(x)로 단일의 분석물에 대하여 사전에 적용된 결과를 검증하도록 적용될 수 있다.
청색 염료 농도 프로파일(109)이 모든 위치에서 0이었을 경우, 도 37 내지 도 40을 참조하여 전술한 모델을 사용하여 시뮬레이션이 수행되었다. 결과적인 시뮬레이션된 OPD 신호(112b, 114b) 및 시뮬레이션된 흡광도 프로파일은 도 41, 도 42 및 도 44에 도시된 바와 같다. 농도 값들은 흡광도 지문 값들에 대응하여 선택되었고, 녹색 OLED에 대응하는 값들을 기준 값으로서 취했다. OD = 1의 광학 밀도를 갖는 금 나노입자에 대응하는 제1의 시뮬레이션된 교정 시료는 본 방법에서는 농도 벡터 cAu T　=　(1, 0)으로 표현될 수 있고, 상응하는 흡광도 벡터는 AAu T = (1, 0.02)이다. 관련 흡광도 값들은 도 45 및 도 46을 참조하여 전술한 바와 같이 흡광도 지문 값들로서 취득되었다. 니트로셀룰로오스 스트립 형태의 블랭크 다공성 스트립(19)에 대응하는 제2의 시뮬레이션된 교정 시료는 본 방법에서는 흡광도 벡터 ANC T　= (0.01, 0.01)로 표현될 수 있으므로, 더미 농도(cs) = 0.01이며 상응하는 농도 벡터는 cNC T　= (0, 0.01)이다. 관련 흡광도 값들은 도 45 및 도 46을 참조하여 전술한 바와 같이 흡광도 지문 값들로서 취득되었다. 따라서, 녹색 OLED 파장 범위(도 37 참조)를 기준으로서 취하면, 식 (11), (12) 및 (17)에 따른 교정 행렬(C) 및 지문 행렬(F)은 다음과 같이 쓸 수 있다:
Figure pct00029
(17)
식 (14)의 디콘볼루션(역혼합) 행렬(CF-1)은 지문 행렬(F)을 반전시킴으로써 계산될 수 있고:
Figure pct00030
(18)
식 (14)에 디콘볼루션(역혼합) 행렬(CF-1)을 대입하면 다음이 산출된다:
Figure pct00031
(19)
따라서, 본 실시예에 있어서, OD의 흡광도에 관하여 표현되는 금 나노입자의 농도(cAu)는 본질적으로 앞서 적용된 것과 동일한 결과인 cAu = 1.02(Agreen - ANIR)로서 주어진다.
유색의 염료로 하나의 분석물 및 배경 산란에 적용(Application to one analyte and background scattering with a coloured dye)
청색 염료 농도 프로파일(109)이 도 39에 도시된 바와 같았을 경우, 도 37 내지 도 40을 참조하여 전술한 모델을 사용해서 마찬가지로 시뮬레이션이 수행되었다. 결과적인 시뮬레이션된 OPD 신호(112, 113, 114)는 도 40에 도시된다. 녹색 LED 방출 파장을 기준으로 사용하여 농도 값들이 흡광도 값들로서 선택되었다.
또한, 도 47을 참조하면, 시뮬레이션된 OPD 신호(112, 113, 114)에 기초하여 취득되는 흡광도 값들에 간단한 2색법을 적용하면, 녹색 및 NIR 시뮬레이션된 OPD 신호(112, 114)만이 고려될 경우에는, 흡광도를 결정함에 있어서 금 나노입자로 인해 부정확성이 초래된다.
총 합계 흡광도(123)는 실선으로 표현된다. 추산된 금 나노입자 농도(124)는 점선으로 표현된다. 니트로셀룰로오스 스트립으로부터의 추산된 배경 산란(125)은 파선으로 표현된다.
특히, 청색 염료가 존재하면, 추산된 금 나노입자 농도(124)에 오류가 초래된다. 특히, 금 나노입자의 위치 주변의 기준 흡광도가 청색 염료의 흡광도에 의해 왜곡된다. 농도 값들 중 3개의 미지값, 즉 금 나노입자 농도(cAu), 청색 염료 농도(cdye), 및 니트로셀룰로오스 스트립으로부터의 배경 산란(cNC)이 존재한다는 점이 문제점이다. 녹색 및 NIR OLED를 사용하면, 2가지 측정만 가능하다. 해법은 파장 범위의 수를 3개로 증가시키는 것이다.
디콘볼루션(역혼합) 행렬 방법은 3개의 시뮬레이션된 OPD 신호(112, 113, 114)가 전부 이용될 경우에 적용될 수 있다. OD = 1의 광학 밀도를 갖는 금 나노입자에 대응하는 제1의 시뮬레이션된 교정 시료는 본 방법에서는 농도 벡터 cAu T　=　(1, 0, 0)(cAu, cdye, cNC)로 표현될 수 있으며, 상응하는 흡광도 벡터는 AAu T = (1, 0.17, 0.02)(녹색, 적색, NIR)이다. 관련 흡광도 값들은 도 45 및 도 46을 참조하여 전술한 것과 유사한 방법에 따라 흡광도 지문 값들로서 취득되었다. 청색 염료에 대응하는 제2의 시뮬레이션된 교정 시료는 농도 벡터 cdye T　=　(0, 0.024, 0)로 표현될 수 있으며, 상응하는 흡광도 벡터는 AAu T = (0.024, 0.89, 0)이다. 관련 흡광도 값들은 도 45 및 도 46을 참조하여 전술한 것과 유사한 방법에 따라 흡광도 지문 값들로서 취득되었다. 블랭크 다공성 스트립에 대응하는 제3의 시뮬레이션된 교정 시료는 ANC T　= (0.01, 0.01, 0.01)의 흡광도 벡터를 가지므로, 더미 농도(cs)　=　0.01이며 상응하는 농도 벡터는 cNC T = (0, 0, 0.01)이다. 관련 흡광도 값들은 도 45 및 도 46을 참조하여 전술한 것과 유사한 방법에 따라 흡광도 지문 값들로서 취득되었다. 따라서, 녹색 파장을 기준 파장으로서 취하면, 식 (11), (12) 및 (17)에 따른 교정 행렬(C) 및 지문 행렬(F)은 다음과 같이 쓸 수 있다:
Figure pct00032
(20)
식 (14)의 디콘볼루션(역혼합) 행렬(CF-1)은 지문 행렬(F)을 반전시킴으로써 계산될 수 있고:
Figure pct00033
(21)
식 (14)에 디콘볼루션(역혼합) 행렬(CF-1)을 대입하면 다음이 산출된다:
Figure pct00034
(22)
따라서, 본 실시예에 있어서, OD의 흡광도에 관하여 표현되는 금 나노입자의 농도(cAu)는 cAu = 1.025Agreen - 0.028Ared - 0.997ANIR로서 주어진다.
또한, 도 48을 참조하면, 총 합계 흡광도(123)는 실선으로 표현된다. 추산된 금 나노입자 농도(124)는 점선으로 표현된다. 니트로셀룰로오스 스트립으로부터의 추산된 배경 산란(125)은 파선으로 표현된다. 추산된 청색 염료 농도(126)는 쇄선으로 표현된다.
3개의 상이한 파장(녹색, 적색 및 NIR)에서 순차 측정 방법을 적용하면, 금 나노입자, 청색 염료 및 니트로셀룰로오스 스트립으로 인한 흡광도의 명확한 구분이 가능할 것으로 예상된다는 점을 알 수 있다. 특히, 추산된 금 나노입자 농도(124) 및 추산된 청색 염료 농도(126)는 구분 가능할 것으로 예상된다.
전술한 디콘볼루션(역혼합) 방법은 분석 테스트 장치(1)의 제어기(27)에 의해 수행될 수 있다.
상호 맞물림형 LED 어레이(Interdigitated LED array)
예를 들어, 제1 및 제2 광 이미터(2, 3)가 서로의 상부에 적층(도 25 및 도 26 참조)되거나, 또는 제1 및 제2 광 이미터(2, 3)가 "체스판" 패턴으로 교호되는 어레이에 복수의 제1 및 제2 광 이미터(2, 3)가 배치(도 27 참조)되는 LED 어레이(60)를 설명했다. 그러나, 다른 배치구조의 LED 어레이(60)가 사용될 수 있다.
예를 들어, 또한, 도 49를 참조하면, LED 어레이(60)의 제3 실시예가 도시된다. 제1 광 이미터(2)는 서로 평행하게 배치되며 제2 광 이미터(3)의 다수의 돌출부(128)와 상호간에 맞물리는 다수의 돌출부(127)를 포함한다. 제1 광 이미터(2)의 돌출부(127)들은 단일의 광 이미터(2)를 형성하도록 백본 세그먼트(backbone segment)(129)에 의해 연결된다. 유사하게, 제2 광 이미터(3)의 돌출부(128)들은 단일의 광 이미터(3)를 형성하도록 백본 세그먼트(130)에 의해 연결된다. LED 어레이(60)는 이렇게 상호간에 맞물리는 제1 및 제2 광 이미터(2, 3)의 쌍을 하나 이상 포함할 수 있다. 돌출부(127, 128)의 개수는 제한되지 않는다. 제1 광 이미터(2)의 돌출부(127)의 개수가 제2 광 이미터(3)의 돌출부(128)의 개수와 동일할 필요는 없다. LED 어레이(60)는, 돌출부들(127, 128)만이 관심 구역과 중첩되도록, 또한 백본 세그먼트들(129, 130)이 관심 구역과 중첩되지 않도록 배치될 수 있다. 돌출부들(127, 128)은 상응하는 백본 세그먼트(129, 130)로부터 수직하게 연장될 필요는 없다.
상호간에 맞물리는 제1 및 제2 광 이미터(2, 3)의 대안적인 배치구조(도시되지 않음)에 있어서는, 돌출부들(127, 128)이 상응하는 백본 세그먼트(129, 130)의 양 측면으로부터 연장될 수 있다. 백본 세그먼트(129, 130)의 대향 측면들로부터 연장되는 돌출부들(127, 128)은 서로 대향하여 배치될 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다. 백본 세그먼트(129, 130)의 일 측면으로부터 연장되는 돌출부(127, 128)는 동일한 백본 세그먼트(129, 130)의 대향 측면으로부터 연장되는 돌출부(127, 128)와 평행하게 연장될 필요는 없다.
2색의 상호 맞물림형 LED 어레이는 특히 투과 측정에 대하여 콤팩트할 수 있지만, 반사율 측정에 대하여 사용될 수도 있다.
제1, 제2 및 제3 광 이미터(2, 3, 98) 형태의 서브픽셀을 갖는 픽셀(99)을 포함하는 LED 어레이(60)를 설명했다(도 36a 참조).
또한, 도 50을 참조하면, LED 어레이(60)의 제4 실시예에 있어서 제1, 제2 및 제3 광 이미터(2, 3, 98)가 상호간에 맞물릴 수 있다.
제1 광 이미터(2)는 서로 평행하게 배치되며 제2 광 이미터(3)의 다수의 제1 돌출부(128a)와 상호간에 맞물리는 다수의 돌출부(127)를 포함한다. 제1 광 이미터(2)의 돌출부(127)들은 단일의 광 이미터(2)를 형성하도록 백본 세그먼트(129)에 의해 연결된다. 유사하게, 제2 광 이미터(3)의 제1 돌출부(128a)들은 단일의 광 이미터(3)를 형성하도록 백본 세그먼트(130)에 의해 연결된다. 제1 광 이미터(2)와 달리, 제2 광 이미터(3)는, 제1 돌출부(128a)들에 대하여 백본 세그먼트(130)의 대향 에지로부터 연장되며 제3 광 이미터(98)의 다수의 돌출부(131)와 상호간에 맞물리는 제2 돌출부(128b)들을 또한 포함한다. 제3 광 이미터(98)의 돌출부(131)들은 단일의 광 이미터(98)를 형성하도록 백본 세그먼트(132)에 의해 연결된다. 제2 광 이미터(3)의 돌출부들(128a, 128b)의 폭은, 제1, 제2 및 제3 광 이미터(2, 3, 98)간의 방출 면적을 비슷하게 유지하기 위해, 제1 및 제3 광 이미터(2, 98)의 돌출부들(127, 131)보다 상대적으로 작을 수 있다. 예를 들어, 돌출부들(127, 128, 131)이 각각의 백본 세그먼트(129, 130, 132)로부터 제1 방향(x)으로 연장되면, 제2 광 이미터(3)의 돌출부들(128a, 128b)의 제2 방향(y)에 있어서의 폭은 제1 및 제3 광 이미터(2, 98)의 돌출부들(127, 131)의 제2 방향(y)에 있어서의 상응하는 폭보다 작을 수 있다.
제2 광 이미터(3)는 제1 및 제3 광 이미터(2, 98) 사이에 배치될 필요는 없다. 대안으로서, 제1 광 이미터(2) 또는 제3 광 이미터(98)가 3색의 상호 맞물림형 LED 어레이(60)의 중심 요소를 제공하도록 배치될 수 있다. LED 어레이(60)는 이렇게 상호간에 맞물리는 제1, 제2 및 제3 광 이미터(2, 3)의 3개로 구성되는 세트를 하나 이상 포함할 수 있다. 돌출부(127, 128, 131)의 개수는 제한되지 않는다. 3색의 상호 맞물림형 LED 어레이는 특히 투과 측정에 대하여 콤팩트할 수 있지만, 반사율 측정에 대하여 사용될 수도 있다.
본원에서는 청구항들이 특징들의 특정 조합에 대하여 구성되었지만, 본 발명의 개시 범위는 본 명세서에 개시된 임의의 신규한 특징들 및 임의의 신규한 특징들의 조합을, 그것이 임의의 청구항에 현재 청구된 것과 동일한 발명과 관련되든지 아니든지 간에, 그리고 그것이 본 발명에서와 동일한 기술적인 문제의 일부 또는 전부를 완화하든지 아니든지 간에, 명시적으로 또는 묵시적으로 또는 그 임의의 일반화로 마찬가지로 포함한다는 것을 이해해야 한다. 본 출원인은, 이로써, 본원 또는 본원으로부터 파생된 임의의 추가적인 출원의 수속 중에 새로운 청구항들을 그러한 특징들 및/또는 그러한 특징들의 조합들로 구성할 수 있다는 점을 주지한다.

Claims (24)

  1. 분석 테스트 장치로서,
    2 세트 이상의 이미터들의 세트― 각각의 세트의 이미터들은 상응하는 파장 주위의 범위 내의 광을 방출하도록 구성되는 하나 이상의 광 이미터를 포함하고, 각각의 세트의 광 이미터들은 독립적으로 조명 가능하게 구성됨 ―; 및
    각각의 세트의 이미터들로부터의 광이 시료 수용부를 포함하는 광 경로를 통해 광 검출기에 도달하도록 배치되는 하나 이상의 광 검출기를 포함하고,
    상기 이미터 및 광 검출기는, 상기 광 경로의 시료 수용부에서, 각각의 세트의 이미터들에 의해 생성되는 정규화된 공간 강도 프로파일이 각각의 다른 세트의 이미터들에 의해 생성되는 정규화된 공간 강도 프로파일과 실질적으로 동일해지게 구성되고,
    제1 단부, 제2 단부 및 액체 시료 수용 구역을 포함하는 액체 이송 경로― 상기 액체 이송 경로는 상기 액체 시료 수용 구역에 수용된 액체 시료를 상기 광 경로의 시료 수용부를 통해 상기 제2 단부를 향해 이송하도록 구성됨 ―를 또한 포함하는
    분석 테스트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는,
    언제든지 단 한 세트의 이미터들만이 조명되도록, 각각의 세트의 이미터들을 순차적으로 조명하고 상기 광 검출기를 사용하여 상응하는 측정된 흡광도 값을 취득하고;
    상기 측정된 흡광도 값을 사용해서 흡광도 벡터를 생성하고; 또한
    상기 흡광도 벡터를 디콘볼루션 행렬과 승산해서 농도 벡터를 결정하도록 구성되는
    분석 테스트 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 2 세트 이상의 이미터들의 세트는,
    제1 파장 주위의 범위 내에서 방출하도록 구성되는 제1 광 이미터들의 세트; 및
    제2 파장 주위의 범위 내에서 방출하도록 구성되는 제2 광 이미터들의 세트를 포함하는
    분석 테스트 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 2 세트 이상의 이미터들의 세트는,
    제3 파장 주위의 범위 내에서 방출하도록 구성되는 제3 광 이미터들의 세트를 더 포함하는
    분석 테스트 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 경로는 상기 광 검출기가 상기 광 경로의 시료 수용부를 통해 투과되는 광을 수용하도록 구성되는
    분석 테스트 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 경로는 상기 광 검출기가 상기 광 경로의 시료 수용부로부터 반사되는 광을 수용하도록 구성되는
    분석 테스트 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 검출기는 상기 광 경로의 시료 수용부의 전부 또는 일부를 촬상하도록 배치되는 이미지 센서를 형성하는
    분석 테스트 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 경로는 상기 시료 수용부보다 앞에 배치되는 슬릿을 더 포함하고;
    각각의 세트의 이미터들은 상기 슬릿을 조명하도록 배치되는
    분석 테스트 장치.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2 세트 이상의 이미터들의 세트는 제2 이미터들의 세트를 포함하고, 각각의 제2 이미터는 각각의 다른 세트의 이미터들에 의해 방출되는 파장에서 실질적으로 투명하고, 각각의 다른 이미터는 상응하는 제2 이미터를 통해 상기 광 경로 내로 광을 방출하는
    분석 테스트 장치.
  10. 제3항에 있어서,
    각각의 제2 이미터는 각각의 제1 이미터에 의해 방출되는 파장에서 실질적으로 투명하고, 각각의 제1 이미터는 상응하는 제2 이미터를 통해 상기 광 경로 내로 광을 방출하는
    분석 테스트 장치.
  11. 제4항에 있어서,
    각각의 제2 이미터는 각각의 제1 이미터 및 각각의 제3 이미터에 의해 방출되는 파장에서 실질적으로 투명하고, 각각의 제1 이미터 및 각각의 제3 이미터는 상응하는 제2 이미터를 통해 상기 광 경로 내로 광을 방출하는
    분석 테스트 장치.
  12. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2 세트 이상의 이미터들의 세트는 복수의 픽셀을 포함하는 어레이에 배치되고, 각각의 픽셀은 적어도 하나의 서브픽셀을 포함하고, 각각의 서브픽셀은 각각의 세트의 이미터들에 대응하는 광 이미터를 포함하는
    분석 테스트 장치.
  13. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    2 세트 또는 3 세트의 이미터들이 서로 상호간에 맞물려서 어레이를 형성하는
    분석 테스트 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 이송 경로는 측방 유동형 스트립을 포함하는
    분석 테스트 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 이송 경로는 마이크로유체 장치의 전체, 일부, 또는 적어도 하나의 채널을 포함하는
    분석 테스트 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기는 어떠한 세트의 이미터들도 조명되지 않는 기간을 각각의 세트의 이미터들의 조명에 산재시키도록 더 구성되는
    분석 테스트 장치.
  17. 제3항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 출력 장치를 더 포함하는
    분석 테스트 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 출력 장치는 하나 이상의 발광 다이오드를 포함하고, 상기 제어기는 소정의 임계치를 초과하는 상기 농도 벡터의 상응하는 값에 응답하여 각각의 발광 다이오드를 조명하도록 구성되는
    분석 테스트 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 출력 장치는 디스플레이 소자를 포함하고, 상기 제어기는 상기 농도 벡터를 결정하는 것에 응답하여 상기 디스플레이 소자가 하나 이상의 출력을 디스플레이하게 하도록 구성되는
    분석 테스트 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어기는, 소정의 임계치를 초과하는 상기 농도 벡터의 값에 응답하여, 상기 디스플레이 소자가 상응하는 심볼 또는 심볼들을 디스플레이하게 하도록 구성되는
    분석 테스트 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 디스플레이 소자가 상기 농도 벡터의 하나 이상의 값을 디스플레이하게 하도록 구성되는
    분석 테스트 장치.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 출력 장치는 데이터 처리 장치에의 접속을 위한 유선 또는 무선 통신 인터페이스이고, 상기 제어기는 상기 농도 벡터를 상기 유선 또는 무선 통신 인터페이스를 통해 상기 데이터 처리 장치에 출력하도록 구성되는
    분석 테스트 장치.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 기재된 분석 테스트 장치를 작동시키는 방법으로서,
    액체 시료를 상기 액체 시료 수용 구역에 적용하는 단계를 포함하는
    방법.
  24. 디콘볼루션 행렬을 결정하는 방법으로서,
    시료 수용부를 포함하는 광 경로를 제공하는 단계;
    이미터들의 세트를 다수(N) 제공― 각각의 세트의 이미터들은 상응하는 파장 주위의 범위 내의 광을 상기 광 경로 내로 방출하도록 구성되는 하나 이상의 광 이미터를 포함하고, 상기 시료 수용부에서, 정해진 세트의 이미터들에 의해 생성되는 정규화된 공간 강도 프로파일은 각각의 다른 세트의 이미터들에 의해 생성되는 정규화된 공간 강도 프로파일과 실질적으로 동일함 ―하는 단계;
    다수(N)의 교정 시료를 제공― 각각의 교정 시료는 N개의 상이한 분석물의 기지(known)의 농도를 포함함 ―하는 단계;
    각각의 교정 시료에 대하여:
    상기 교정 시료를 상기 광 경로의 시료 수용부 내에 전체적으로 또는 부분적으로 배치하는 단계;
    각각의 세트의 이미터들을 순차적으로 조명하고 하나 이상의 광 검출기를 사용하여 상응하는 측정된 흡광도 값을 취득― 언제든지 단 한 세트의 이미터들만이 조명됨 ―하는 단계;
    N개의 상기 측정된 흡광도 값을 사용해서 흡광도 벡터를 생성하는 단계;
    N개의 상기 분석물의 기지의 농도를 사용해서 농도 벡터를 생성하는 단계;
    각각의 열, 또는 각각의 행의 값들을, 상응하는 교정 시료의 상기 흡광도 벡터의 값들과 동일해지게 설정함으로써 제1 N × N 행렬을 생성하는 단계;
    상기 제1 행렬을 반전시키는 단계;
    각각의 열, 또는 각각의 행의 값들을, 상응하는 교정 시료의 상기 농도 벡터의 값들과 동일해지게 설정함으로써 제2 N × N 행렬을 생성하는 단계;
    상기 제2 행렬을 상기 제1 행렬의 역행렬과 승산함으로써 디콘볼루션 행렬을 결정하는 단계를 포함하는
    방법.
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