KR20190067170A - 수동으로 조작되는 모노 채널 또는 다중 채널 피펫 및 이러한 피펫을 위한 제어 버튼 - Google Patents

수동으로 조작되는 모노 채널 또는 다중 채널 피펫 및 이러한 피펫을 위한 제어 버튼 Download PDF

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KR20190067170A
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니콜라스 파리
프레데릭 상쾨흐
마크 프레데릭 드
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길슨 에스에이에스
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Abstract

본 발명은 주어진 프로토콜에 따라 액체 샘플의 샘플링 및 분배를 위한 수동으로 조작되는 모노 채널 또는 멀티 채널 피펫에 관한 것이며, 상기 피펫은 피펫팅 조작시 실시간으로 상기 피펫팅 조작에 관련된 정보를 사용자에게 공급할 수 있는 자율 제어 장치가 구비된 제어 버튼을 포함한다.

Description

수동으로 조작되는 모노 채널 또는 다중 채널 피펫 및 이러한 피펫을 위한 제어 버튼
본 발명은 피펫(pipette)의 분야에 관한 것이며 더 구체적으로는 사전에 정의된 프로토콜에 따라 액체의 샘플을 샘플링 및 분배하기 위한 수동으로 조작되는 모노 채널 또는 다중 채널 피펫 및 이러한 피펫을 장착하기 위한 작동 노브(actuating knob)에 관한 것이다. 이러한 피펫은 상기 샘플을 샘플링 및 분배하는 조작 중에 조작자가 손에 파지(把持)할 수 있도록 되어 있으며, 이러한 조작은 상기 노브 상에서 작동 축 방향 압력을 가함으로써 달성되는 작동 노브의 이동에 의해 이루어진다. 하나 이상의 피펫들 상에서의 이러한 액션들의 시퀀스는 사전에 정의된 피펫팅 프로토콜의 실행인 것이다.
선행 기술의 피펫에서는, 수동 피펫에 의해 실제로 분배되는 부피의 확인/검증이 상기 샘플을 계량 저울에 올려놓을 수 있는 가상적인 가능성과는 별도로 직접 그리고 실시간으로는 가능하지 않다. 이 경우에도 ISO8655 표준을 준수하는 측정 부피(delivered volume)를 측정하기 위한 상기 계량 저울에 필요한 정확도는 상기 샘플의 용량 및 총 중량과 양립 가능하지 않게 된다.
조작자가 프로토콜에 대해 기록하고 검증하는 다른 액션들을 반영하기로 되어 있는 수동식 또는 전자식 연구 노트(laboratory notebook)를 유지하는 것만으로는 추적관리 요구가 완전하게 만족 되지 않는데, 그 이유는 이러한 레지스터가 상기 조작의 품질에 관한 정보를 제공하지 않기 때문이다. 더욱이, 이러한 노트를 유지하려면 조작자의 능동적이고 지속적인 참여가 필요하다. 추가로, 계측기(피펫 등)와 연구 정보 관리 시스템(laboratory information management systems; LIMS) 간의 접속이 알려지는 경우에, 이는 자율 공급원, 센서, 정보 처리 시스템 및 트랜시버를 구조로 구비한 전자식 또는 하이브리드식 피펫용으로 예약된다.
본 발명의 한 목적은 수동으로 조작되는 단일 채널 또는 다중 채널 피펫 상에, 조작자의 제스처를 수정하지 않으면서 조작자의 도움을 요구하지 않고, 수행된 조작의 유효성을 실시간으로 조작자에게 알려줄 수 있는 자율 정보 시스템을 일체화하는 것이다.
이러한 목적은 피펫팅 조작시 실시간으로 상기 피펫팅 조작에 관련된 정보를 사용자에게 전달할 수 있는 자율 제어 장치가 구비된 작동 노브를 포함하는 사전에 정의된 프로토콜에 따라 액체의 샘플을 샘플링 및 분배하기 위한 수동으로 조작되는 단일 채널 또는 다중 채널 피펫에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 자율 제어 장치는 마이크로제어기, 상기 작동 노브가 한편으로는 상기 피펫에 고유한 물리량을 측정하기 위한 제1세트의 센서들 및 피펫팅 조작 환경에 관련된 데이터를 상기 자율 제어 장치에 제공하는 제2세트의 센서들과 통신할 수 있게 하고 다른 한편으로는 피펫팅 조작시 상기 제1세트의 센서들 및 상기 제2세트의 센서들에 의해 제공된 데이터로부터 임의의 해석 이벤트를 기록하는 정보 처리 장치와 통신할 수 있게 하는 무선 통신 모듈을 포함한다.
바람직하게는, 상기 자율 제어 장치는 상기 제1세트의 센서들 및 상기 제2세트의 센서들에 의해 판독되고 상기 정보 처리 장치에 의해 분석된 정보의 함수로서 경고 신호를 생성하여 사용자의 직접적인 개입 없이 상기 사전에 정의된 프로토콜에 따라 상기 피펫팅 조작을 수행하기 위한 자동 제어를 제공하도록 구성된 알람 모듈을 더 포함한다.
본 발명의 다른 한 특징에 의하면, 상기 작동 노브는, 다른 접속 피펫 및/또는 자동 피펫팅 시스템 및/또는 상기 사전에 정의된 피펫팅 프로토콜에 관련된 접속 계측기와 통신하도록 구성된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에서, 상기 제1세트의 센서들은 샘플링된 그리고/또는 분배된 액체의 양을 측정하기 위한 수단과 협동하는 상기 작동 노브의 움직임을 측정하는 수단을 포함하고, 상기 제2세트의 센서들은 적어도 하나의 클록, 적어도 하나의 움직임 및 공간 위치 센서, 및 적어도 하나의 온도계를 포함한다.
상기 작동 노브의 움직임을 측정하는 수단은 적어도 하나의 힘 센서 및/또는 하나의 속도 센서 및/또는 하나의 가속도 센서를 포함하고, 상기 샘플링된 그리고/또는 분배된 액체의 양을 측정하기 위한 수단은 적어도 하나의 압력 및/또는 초음파 센서 및/또는 하나의 광학 센서를 포함한다.
본 발명에 따른 수동으로 조작되는 피펫을 장착하는 작동 노브는 자율 제어 장치를 포함하며, 상기 자율 제어 장치는 마이크로제어기, 상기 작동 노브가 한편으로는 상기 피펫에 고유한 물리량을 측정하는 제1세트의 센서들 및 상기 피펫팅 조작 환경에 관련된 데이터를 상기 자율 제어 장치에 제공하는 제2세트의 센서들과 통신할 수 있게 하고 다른 한편으로는 상기 피펫팅 조작시 상기 제1세트의 센서들 및 상기 제2세트의 센서들에 의해 제공된 데이터로부터 임의의 해석 이벤트를 기록하는 정보 처리 장치와 통신할 수 있게 하는 무선 통신 모듈을 포함한다.
이러한 노브는 상기 피펫에 고유한 물리량을 측정하는 센서들로부터의 하나 이상의 센서들 및 상기 피펫팅 조작 환경에 관련된 데이터를 상기 자율 제어 장치에 제공하도록 이루어진 센서들로부터의 하나 이상의 센서들을 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 피펫에 일체화된 상기 제1세트의 센서들은 적어도 하나의 힘 센서를 포함하고, 상기 피펫에 일체화될 수도 있고 일체화되지 않을 수도 있는 상기 제2세트의 센서들은 적어도 하나의 클록, 적어도 하나의 움직임 및 공간 위치 센서, 및 적어도 하나의 온도계를 포함한다. 본 발명에 따른 작동 노브는 또한, 상기 제1세트의 센서들 및 상기 제2세트의 센서들에 의해 판독되고 상기 정보 처리 장치에 의해 분석된 정보의 함수로서 경고를 생성하여 사용자의 직접적인 개입 없이 사전에 정의된 프로토콜에 따라 상기 피펫팅 조작을 수행하기 위한 자동 제어를 제공하도록 구성된 경고 모듈을 포함한다.
바람직한 실시 예에서, 상기 자율 제어 장치는 블루투스 프로토콜을 통해 정보 처리 장치와 통신하여 상기 정보 처리 장치가 상기 피펫팅 조작 환경에 관련된 한 그룹의 허가된 사용자들에 의해 공유된 데이터를 저장 유닛에 전송할 수 있게 하도록 구성된다.
본 발명의 부가적인 특징 및 이점은 첨부도면들을 참조하여 비-제한적인 예로 주어진 이하의 내용으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 피펫을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 노브를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2의 분해도이다.
도 1은 작동 노브(2), 상단부(6)가 상기 작동 노브(2)와 일체로 이루어지고 하단부(8)가 흡입 챔버(10) 내 피스톤의 움직임을 조작하는 조작 로드(operating rod)(4)를 구비하는 수동으로 조작되는 단일-채널 또는 다중-채널 피펫(1)을 개략적으로 보여준다. 결정된 위치의 상기 피스톤의 통과를 검출하기 위한 힘 센서(12)가 상기 작동 노브(2) 내에 배치되어 있으며, 샘플링될 액체 및 상기 피스톤 간에 포함된 가스 부피의 압축 및 압축해제 움직임들에 상응하는 압력을 실시간으로 측정하기 위한 압력 센서(14)가 상기 흡입 챔버(10) 내에 배치되어 있다. 상기 작동 노브(2)는 자율 제어 장치를 부가적으로 포함하며 상기 자율 제어 장치는 마이크로제어기(16) 및 예를 들면 블루투스 또는 WIFI 이며 상기 작동 노브가 한편으로는 상기 압력 센서(14) 및 예를 들면 클록, 움직임 및 공간 위치 센서, 온도계와 같은 여러 환경 센서(26)와 통신할 수 있게 하고, 다른 한편으로는 상기 피펫팅 조작시 상기 압력 센서 및 상기 힘 센서에 의해, 그리고 다른 환경 센서들에 의해 제공되는 데이터로부터 임의의 해석 이벤트를 기록하는 정보 처리 장치(20)와 통신할 수 있게 하는 무선 통신 모듈(18)을 포함한다. 상기 피펫팅 조작시 측정된 압력 값은 시간의 함수로서 측정된 압력 변화를 나타내는 곡선을 실시간으로 획득하는 상기 정보 처리 장치(20)에 전송된다. 상기 획득된 곡선의 분석을 통해 결함이 상기 피펫팅 조작에서 검출될 수 있고 알람 유닛(22)에 의해 실시간으로 경고가 트리거될 수 있다. 결함일 경우, 상기 알람 유닛은 사용자에게 햅틱 신호 및/또는 광학 신호 및/또는 음향 신호를 즉시 전송한다.
상기 정보 처리 장치(20)는 예를 들면 WIFI 접속을 통해 사용자의 환경에 고유하고 한 그룹의 허용된 사용자들에 의해 공유되는 데이터(물리적 값, 분석 결과, 문서, 이력 등)가 기록되어 있는 저장 메모리(24)에 접속된다.
도 2 및 도 3은 각각 피펫(1)을 장착한 작동 노브(2)를 단면도 및 분해도로 각각 보여준다. 이러한 작동 노브는 베이스(30)로 이루어져 있고, 상기 베이스(30)는 금속 링(32) 하부에 있으며, 상기 금속 링(32)은 중앙 개구부를 포함하고, 상기 중앙 개구부는 확대 렌즈(magnifier; 34)를 수용하며, 상기 확대 렌즈(34)는 식별 태그(36)를 덮고 있고, 상기 식별 태그(36)는 상기 피펫(1)의 모델의 신원정보(identification)를 포함한다. 변형력 분포 디스크(strain distributing disk; 38)는 엘라스토머 디스크(elastomeric disk; 40) 상에 배치되어 있으며, 상기 엘라스토머 디스크(40)는 상기 힘 센서(42) 상에 돌출되어 있다. 상기 피펫에 특히 관련된 정보(예를 들면 일련 번호, 배치(batch) 번호와 아울러 무선 통신을 보장하는데 사용되는 구성요소에 관련된 단일 식별정보(예를 들면 블루투스 통신을 보장하는 구성요소의 주소))가 기록되어 있는 메모리에 연관된 상기 마이크로제어기(16), 상기 무선 통신 모듈(18), 및 상기 작동 노브의 전기 공급원을 포함하는 전자 보드(electronic board; 44)가 상기 디스크(40) 아래에 있다.
상기 변형력 분포 디스크(38), 상기 엘라스토머 디스크(40) 및 상기 힘 센서(42)는 광 표시기(46)를 수용하도록 이들 중앙에서 드릴링 가공된다.
사용시, 주어진 피펫팅 프로토콜을 수행할 때, 조작자는 상기 정보 처리 장치상에서 실행될 피펫팅 프로토콜을 선택하고, 상기 피펫을 구비한 상기 정보 처리 장치 및 상기 주어진 프로토콜을 수행하는데 사용될 상보적인 액세서리를 페어링(pairing) 한다. 고려된 피펫팅 조작에 다수의 피펫이 필요할 경우, 이러한 피펫들 각각은 상기 마이크로제어기(16)에 연관된 메모리에 저장된 상기 피펫들 각각의 단일 신원정보에 의해 상기 정보 처리 장치와의 페어링을 이루게 된다. 이를 위해, 상기 피펫 또는 상기 액세서리는 무선 접속을 통한 전자기(電磁氣) 신호(예를 들면, 블루투스 신호)의 전송을 트리거하는 상기 작동 노브 상의 압력에 의해 작동된다. 상기 액세서리 또는 상기 피펫의 노드에 사전에 저장된 메시지에 포함되어 있는 정보는 그 후에 상기 정보 처리 장치로 전송된다. 페어링 후, 피펫 노브 상의 각각의 액션을 통해 상기 작동 노브(1) 내에 일체화된 센서들 및 상기 작동 노브 외부에 있는 환경 센서들의 반응이 트리거하게 된다. 따라서, 상기 힘 센서는 압력의 검출시 반응하여 흡입 또는 분배의 성능을 검증하게 되고, 상기 움직임 센서는 상기 피펫 또는 상기 액세서리의 사용을 검출하게 되며, 지리적 위치 센서는 사용자의 환경에서 상기 피펫 또는 상기 액세서리의 공간적 위치를 검출하게 되고, 그리고 실시간 클록은 각각의 센서에 의해 식별된 각각의 이벤트의 정확한 일자 및 시간을 제공하게 된다.
상기 무선 통신 모듈(18)은 각각의 센서에 의해 제공된 모든 정보를 포함하는 메시지를 상기 정보 처리 장치(20)에 전송하고, 상기 정보 처리 장치(20)는 상기 전송된 정보를 상기 피펫팅 프로토콜의 현재 단계에서 예상된 결과와 비교한다. 한편, 상기 정보 처리 장치에 의해 수집된 정보는 교차 확인된다.
따라서, 피펫 및 액세서리가 동시에 사용되는 경우(실시간 클록에 의해 제공된 정보에 기초한 추정), 상기 정보 처리 장치(20)는 상기 피펫으로부터 수신된 정보를 상기 액세서리로부터 수신된 정보와 결합하여 보고서에 기록되게 되는 새로운 정보를 생성한다.
상기 정보 처리 장치(20)가 상기 프로토콜을 수행함에 있어 결함을 검출하면, 상기 정보 처리 장치(20)는 상기 무선 통신 모듈(18)에 의해 해당 피펫으로 오류 신호를 되돌려 보낸다. 이러한 오류 신호를 수신하면, 해당 피펫은 즉시 사용자가 시각적 형태(상기 노브에 일체화된 광 표시기)로서나 또는 음향 형태, 또는 햅틱 형태로서 인식 가능한 경고 신호를 생성한다. 후자의 형태에서, 상기 조작자는 자신의 엄지손가락에 진동을 느낄 수 있을 것이며, 이로 인해 상기 조작자가 결함에 즉시 반응할 수 있게 된다.
상기 움직임 센서가 상기 피펫의 움직임으로 작동되면 상기 위치 센서는 상기 피펫의 공간 위치가 확인될 수 있게 한다. 이러한 것이 상기 피펫의 공간 위치가 확인되어서는 아니 되는 구역에 있다면, 예를 들면, 오염된 피펫을 멸균 구역에 두거나 또는 이와는 반대로 비멸균 구역에 두는 것을 회피할 수 있게 하는 경고 신호가 조작자에게 보내진다. 이러한 용도의 확장은 행(row)에서나 또는 웰(well)에서의 분배 오차를 결과적으로 회피하거나 시그널링하는 마이크로 적정 플레이트(96개의 웰(well))의 경우에 고려가능하다.
상기 움직임 센서가 작동되면, 상기 피펫 또는 액세서리가 자동으로 현재 일자 및 다음 유지보수 또는 제어 일자를 확인한다. 현재 일자가 다음 유지보수 또는 제어 일자 이후이면, 상기 피펫 또는 액세서리가 사용될 수 없음을 조작자에게 알려주는 경고가 조작자에게 보내진다.
이러한 방식으로 리스트 되는 경고들은 상기 센서들에 의해 판독되고 상기 정보 처리 장치(20)에 의해 중계된 정보와 비교되는 정보에 기초하여, 상기 조작자가 스스로 이러한 확인들을 이행할 것을 요청받지 않고서도 피펫팅 프로토콜을 수행하는 것에 대한 제어력을 높일 수 있게 해준다.
상기 움직임 센서가 완전한 수동 피펫팅 조작에 의해 작동될 때, 상기 마이크로제어기(16)가 상기 피펫의 데드 스페이스(dead space) 부피의 압력 값의 연속적인 기록을 트리거하고 이러한 압력 값들에 상응하는 곡선을 다시 가질 수 있게 해주는 것은 어떠한 가치도 없다. 이러한 곡선은 실시간으로 유효 한도 P+ 및 P-로 경계가 지어진 기준 곡선과 비교된다. 상기 측정된 곡선이 유효 필드에서 벗어나면 알람이 사용자에게 전송된다.
여기서 유념해야 할 점은 제어력이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 피펫팅 정확도 및 정밀도(점성으로서의 물리적 특성의 검출, 초음파, 광학, 전자기 타입 신호에 의해 측정되는 부피의 검출...)에 대해 알려주는 임의 유형의 센서들로 확장될 수 있다는 점이다.

Claims (12)

  1. 사전에 정의된 프로토콜에 따라 액체의 샘플을 샘플링 및 분배하기 위한 수동으로 조작되는 단일 채널 또는 다중 채널 피펫(1)으로서, 힘 센서(12)가 구비된 작동 노브(2), 및 피스톤 및 압력 센서(14)가 구비된 흡입 챔버(10)를 포함하는, 피펫에 있어서, 상기 피펫은 상기 작동 노브(2) 내에 배치된 자율 제어 장치를 부가적으로 포함하며, 상기 자율 제어 장치는 마이크로제어기(16), 상기 작동 노브(2)가 한편으로는 상기 피펫에 고유한 물리량을 측정하기 위한 제1세트의 센서들 및 피펫팅 조작 환경에 관련된 데이터를 수집하기 위한 제2세트의 센서들과 통신할 수 있게 하고 다른 한편으로는 상기 압력 센서(14)에 의해 측정된 압력에 대한 시간의 함수로서 변화들을 분석함으로써 상기 사전에 정의된 프로토콜을 수행함에 있어서 결함을 검출하도록 구성되고 피펫팅 조작 동안 상기 피펫팅 조작에 관련된 정보를 실시간으로 사용자에게 전달하도록 구성된 정보 처리 장치(20)와 통신할 수 있게 하는 무선 통신 모듈(18)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 피펫.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자율 제어 장치는 상기 제1세트의 센서들 및 상기 제2세트의 센서들에 의해 판독되고 상기 정보 처리 장치(20)에 의해 분석된 정보의 함수로서 경고 신호를 생성하여 사용자의 직접적인 개입 없이 상기 사전에 정의된 프로토콜에 따라 상기 피펫팅 조작을 수행하기 위한 자동 제어를 제공하도록 구성된 알람 모듈(22)을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 피펫.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1세트의 센서들은 샘플링된 그리고/또는 분배된 액체의 양을 측정하기 위한 수단과 협동하는 상기 작동 노브의 움직임을 측정하는 수단을 포함하고, 상기 제2세트의 센서들은 적어도 하나의 클록, 적어도 하나의 움직임 및 공간 위치 센서, 및 적어도 하나의 온도계를 포함하는, 피펫.
  4. 제1항에 있어서,
    조작 로드(4);
    를 부가적으로 포함하며, 상기 조작 로드(4)는 상기 작동 노브(2)와 일체로 이루어지는 상단부(6) 및 상기 흡입 챔버(10) 내 피스톤의 움직임을 조작하는 하단부(8)를 지니고, 상기 힘 센서(12)는 결정된 위치의 상기 피스톤의 통과를 검출하도록 구성되며, 상기 압력 센서(14)는 샘플링될 액체 및 상기 피스톤 간에 포함된 가스 부피의 압축 및 압축해제 움직임들에 상응하는 압력을 실시간으로 측정하여 상기 측정된 압력에 대한 시간의 함수로서 시간 대 변화 곡선을 획득하는 것을 허용하도록 구성되고, 상기 곡선의 분석을 통해 상기 피펫팅 조작에 있어서의 결함이 검출되어 알람 신호가 사용자에게 실시간으로 전송될 수 있는, 피펫.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 사용자에게 전송되는 알람 신호는 햅틱 신호인, 피펫.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 사용자에게 전송되는 알람 신호는 광학 신호인, 피펫.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 사용자에게 전송되는 알람 신호는 음향 신호인, 피펫.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 작동 노브(2)는, 다른 접속 피펫 및/또는 자동 피펫팅 시스템 및/또는 상기 사전에 정의된 피펫팅 프로토콜에 관련된 접속 계측기와 통신하도록 구성되는, 피펫.
  9. 수동으로 조작되는 피펫(1)을 장착하는 작동 노브(2)에 있어서,
    상기 작동 노브(2)는 자율 제어 장치를 포함하며, 상기 자율 제어 장치는 마이크로제어기(16), 상기 작동 노브(2)가 한편으로는 상기 피펫에 고유한 물리량을 측정하는 제1세트의 센서들 및 피펫팅 조작 환경에 관련된 데이터를 상기 자율 제어 장치에 제공하는 제2세트의 센서들과 통신할 수 있게 하고 다른 한편으로는 피펫팅 조작시 상기 제1세트의 센서들 및 상기 제2세트의 센서들에 의해 제공된 데이터로부터 임의의 해석 이벤트를 기록하도록 구성된 정보 처리 장치(20)와 통신할 수 있게 하는 무선 통신 모듈(18)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 조작 노브.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1세트의 센서들은 적어도 하나의 힘 센서(12)를 포함하고, 상기 제2세트의 센서들은 적어도 하나의 클록, 적어도 하나의 움직임 및 공간 위치 센서, 및 적어도 하나의 온도계를 포함하는, 조작 노브.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1세트의 센서들 및 상기 제2세트의 센서들에 의해 판독되고 상기 정보 처리 장치(20)에 의해 분석된 정보의 함수로서 경고 신호를 생성하여 사용자의 직접적인 개입 없이 사전에 정의된 프로토콜에 따라 상기 피펫팅 조작을 수행하기 위한 자동 제어를 제공하도록 구성된 알람 모듈(22)을 부가적으로 포함하는, 조작 노브.
  12. 제9항 내지 제11항 중 한 항에 있어서,
    상기 자율 제어 장치는 무선 통신을 통해 상기 정보 처리 장치(20)와 통신하여 상기 정보 처리 장치(20)가 피펫팅 조작 환경에 관련된 한 그룹의 허가된 사용자들에 의해 공유된 데이터를 저장 유닛(24)에 전송할 수 있게 하도록 구성되는, 조작 노브.
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