KR20200113236A - 분리에 의해 미세 유체 칩에서 핵산들의 정제 - Google Patents

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KR20200113236A
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microchannel
magnetic beads
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마이클 닐슨
데렉 트로이아노
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퍼킨엘머 헬스 사이언시즈, 아이엔씨.
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Abstract

시스템은 마이크로웰 플레이트 및 미세 유체 칩이 결합될 수 있는 트레이를 이동시키기 위한 수평 액추에이터를 포함할 수 있다. 시스템은 복수의 피펫들 또는 피펫 팁들이 결합될 수 있는 지지 암을 이동시키기 위한 수직 액추에이터를 포함할 수 있다. 시스템은 자석이 결합될 수 있는 앵글 브래킷을 이동시키기 위한 회전 액추에이터를 포함할 수 있다. 시스템은 피펫들이 연장될 수 있는 히터를 포함할 수 있다. 시스템은 피펫들을 통한 유체들의 흐름을 제어하기 위한 펌프를 포함할 수 있다.

Description

분리에 의해 미세 유체 칩에서 핵산들의 정제
본 명세서에 설명된 기술은 생물학적 샘플들과 같은 샘플들의 처리, 예를 들면, 혈액과 같은 복합 샘플에서 유래된 핵산들의 정제와 함께, 예를 들면, 기질에 포함된 생물학적 샘플로부터 오염물들의 분리에 관한 것이다.
핵산들은 분석 시험을 위해 수집될 수 있다는 것이 잘 알려져 있다. 예를 들면, 혈액에서 핵산들의 수집에서 주요 과제는 생물학적 샘플은 종종 오염물들을 함유한다는 것이다. 따라서, 샘플 핵산들의 품질이 다운스트림 적용들에서의 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문에 핵산 샘플 정제는 실험 워크플로우들에서 중요한 단계가 되었다.
다수의 일반적인 핵산 정제 기술들은 원심 분리(centrifugation), 화학적 분리, 또는 고체상-기반 분리(solid phase-based separation)를 포함한다. 그러나, 이들 기술들은 시간과 노동 집약적이고 특수 장비의 사용을 상당히 자주 필요로 한다.
생물학적 및 화학적 샘플들의 분석에서 미세 유체들의 사용은 잘 알려져 있다. 하나의 이러한 용도는 하나 이상의 샘플들을 획득하고, 측정을 위해 샘플을 처리하고, 이후 조성물을 평가하기 위해 미세 유체 칩(때때로 "랩 온 칩(lab-on-a-chip)"으로 지칭됨)을 이용하는 시스템을 포함한다. 그러나, 샘플들은 다운스트림 적용들의 품질을 보장하기 위해 오염물들을 제거하도록 정제되어야 한다.
따라서, 고가이고 고도로 전문화된 장비에 대한 필요 없이 생물학적 샘플들을 정제하는 프로세스를 개선할 필요가 기술 분야에 존재한다.
본 발명의 목적은 생물학적 샘플들과 같은 샘플들의 처리, 예를 들면, 혈액과 같은 복합 샘플에서 유래된 핵산들의 정제와 함께, 예를 들면, 기질에 포함된 생물학적 샘플로부터 오염물들의 분리를 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 기술의 실시예들은 기질에 함유된 생물학적 샘플로부터 생물 분석물들(bioanalytes)을 분리하기 위해 폴리에테르 화합물들(polyether compounds)과 같은 전기장들 및/또는 겔들을 사용한다. 본 기술의 제 1 예에 따라, 생물 분석물들을 분리하는 방법은 마이크로 채널을 통해 서로 연결되는 제 1 웰 및 제 2 웰을 제공하는 단계를 포함한다. 생물학적 샘플이 놓이는 제 1 웰에 완충액과 같은 유체가 제공된다. 자성 비드들, 예를 들면, 폴리비닐 알코올(M-PVA 자성 비드들)을 기초로 하는 자성 입자들이 이후 제 1 웰로 도입된다. M-PVA 자성 비드들의 표면들은 다수의 상이한 그룹들로 기능할 수 있고 개별적으로 조정 가능한 하중들로 수정될 수 있다. 일 예에서, M-PVA 자성 비드들은 혈액을 포함할 수 있는 생물학적 샘플에서 핵산들을 분리하도록 조정될 수 있다.
M-PVA 자성 비드들은 생물학적 샘플에서 핵산들을 분리하고 표적 분자들을 M-PVA 자성 비드들로 끌어당긴다. 전기장은 이후 완충액에서 음으로 하전된 오염물들과 상호 작용하는 제 1 웰에 적용된다. 제 1 웰 외부의 자석은 이후 제 1 웰에 근접하게 된다. 자석이 외부로 마이크로 채널을 향해 이동될 때, 끌어당겨지는 표적 분자들과 함께 M-PVA 자성 비드들이 마이크로 채널을 향해 및 마이크로 채널 내로 당겨지도록 자석이 M-PVA 자성 비드들을 끌어당기기 위한 기능을 한다. 그러나, 음으로 하전된 오염물들의 대부분은 전기장과의 그들의 상호 작용에 의해 제 1 웰에서 유지된다. 자석은 그의 경로를 따라 마이크로 채널에서 제 2 웰을 향해 M-PVA 자성 비드들 및 표적 분자들을 제 2 웰로 계속 끌어당긴다. 마이크로 채널은 또한 완충제를 함유하고 마이크로 채널 내의 완충제를 통한 M-PVA 자성 비드들의 이동은 표적 분자들로부터 오염물들을 떨어지게 하는 기능을 하여 M-PVA 자성 비드들이 제 2 웰에 도달할 때까지, 표적 분자들은 본질적으로 오염물들이 없다.
이러한 점에서, 여전히 부착되고 챔버 내에 놓여진 표적 분자들을 갖는 제 2 웰로부터 M-PVA 자성 비드를 회수할 수 있고, M-PVA 자성 비드들은 표적 분자들을 떨어지게 하기 위해 디튜닝되고 이후 제거될 수 있다. 그 결과 본질적으로 오염물들이 없는 매우 깨끗한 생물학적 샘플이 된다. 원심 분리, 화학적 분리, 또는 고체상-기반 분리에 대해 요구되는 바와 같은 비용이나 특수 장비가 필요하지 않다. 오히려, 이러한 기술은 적은 가동부들 또는 광범위한 전력 요건들에 대한 필요를 갖는 간단한 미세 유체 칩 포맷으로 구현될 수 있다.
일부 예들에서, 제 3 웰은 제 2 마이크로 채널을 통해 제 2 웰과 연결될 수 있다. 이러한 구성에서, 일단 자석이 표적 분자들과 함께 M-PVA 자성 비드들을 제 2 웰로 이동시키면, 자석은 제 2 마이크로 채널을 향해 이동하여 그에 의해 M-PVA 자성 비드를 제 2 웰 외부로 및 제 2 마이크로 채널로 끌어당긴다. 자석은 이후 M-PVA 자성 비드들이 제 3 웰로 당겨지도록 제 3 웰을 향해 이동될 수 있다. 이러한 구성은 그를 필요로 하는 적용들에 대해 다른 세정 스테이지를 생물학적 샘플에 제공한다.
일부 예들에서, 생물학적 샘플의 추가 세정은 제 2 웰로부터 제 1 웰을 향하여 완충액의 흐름을 생성함으로써 달성될 수 있다고 생각된다. 이는 웰들 사이의 간단한 유체 부피 차이에 의해 달성될 수 있다. 일 예에서, 제 2 웰은 제 1 웰에 제공되는 것보다 다량의 유체가 제공될 수 있다. 예를 들면, 20% 내지 50% 범위의 유체 부피 차이가 제공될 수 있고, 이는 바람직한 유량을 생성할 수 있다. 이러한 추가 부피는 생물학적 샘플이 제 1 웰에 삽입된 후에 추가될 수 있어서, 제 2 웰로부터 마이크로 채널을 통해 및 제 1 웰로의 유체의 흐름은 제 1 웰로부터 제 2 웰로의 M-PVA 자성 비드들의 이동 동안 발생한다. 이러한 유체의 흐름은 제 1 웰로부터 마이크로 채널 외부로 빠져나와 다시 제 1 웰로 빠져나가는 임의의 오염물들을 운반하는 기능을 할 것이다.
일부 예들에서, 전기장은 제 1 및 제 2 전기 전도체들의 적용에 의해 제 1 웰 또는 챔버에 인가된다. 전력원은 제 1 및 제 2 전도체들에 연결되어 전도체들 사이의 전위 에너지의 차이를 생성한다. 또한, 전도체들 사이에 원하는 전압을 발생시키기 위해 전력원을 제어하기 위해 소프트웨어가 사용될 수 있다. 소프트웨어는 전도체들에 걸친 전압의 크기를 능동적으로 제어할 수 있는 것으로 고려된다.
일부 예들에서, 시스템은 제 1 전기 전도체에 결합되고 제 1 전기 전도체를 제 1 웰 내부로 및 외부로 이동시키도록 적응된 모터를 더 포함할 수 있다. 유사하게, 시스템은 제 2 전기 전도체에 결합되고 제 1 웰 내부로 및 외부로 제 2 전기 전도체를 이동시키도록 적응된 모터를 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 시스템은 M-PVA 자성 비드들을 제 1 웰로 삽입하고 제 1 웰로부터 마이크로 채널로 및 제 2 웰로 M-PVA 자성 비드들을 당기는 기능을 하는 자석의 완전 자동 이동을 위해 전달 시스템에 연결된 모터를 포함할 수 있다. 유사하게, 시스템은 제 2 웰로부터 M-PVA 자성 비드들을 회수하고 챔버 내로 삽입을 위해 자석에 결합된 모터를 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, M-PVA 자성 비드들은 데옥시리보 핵산을 끌어당기도록 조정되고, 반면에 다른 예들에서, M-PVA 자성 비드들은 리보 핵산을 끌어당기도록 조정된다.
일 예에서, 마이크로 채널을 통해 서로 연결된 제 1 웰 및 제 2 웰을 제공하는 단계 및 제 1 웰, 제 2 웰 및 마이크로 채널에 유체를 제공하는 단계를 포함하는 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법이 제공된다. 방법은 생물학적 샘플을 제 1 웰에 배치하는 단계, 자성 비드들을 제 1 웰에 도입하는 단계, 및 생물학적 샘플 내의 표적 분자들을 자성 비드들로 끌어당기는 단계를 더 포함한다. 방법은 제 1 웰에 전기장을 인가하는 단계로서, 전계는 오염물들과 상호 작용하는, 상기 인가 단계, 제 1 웰 근처에 자기장을 발생시키는 자석을 도입하는 단계로서, 자기장은 자성 비드들과 상호 작용하는, 상기 도입 단계, 및 마이크로 채널을 향해 자석을 이동시키는 단계로서, 자성 비드들 및 표적 분자들이 마이크로 채널로 끌어당기도록 자석의 이동과 함께 자성 비드들이 당겨지는, 상기 이동 단계를 더 포함한다. 자성 비드들 및 표적 분자들이 마이크로 채널로 이동함에 따라 제 1 웰에 오염물들을 유지하기 위해 전기장이 오염물들에 작용하는 방법이 제공된다. 최종적으로, 방법은 자석을 제 2 웰을 향해 이동시키는 단계를 포함하고, 자성 비드들 및 표적 분자들은 자석의 이동과 함께 끌어당겨져서 자성 비드들 및 표적 분자들은 제 2 웰로 끌어당겨진다.
다른 예에서, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템이 제공되고, 상기 시스템은, 유체를 함유하고 생물학적 샘플을 수용하도록 구성된 제 1 웰, 유체를 수용하도록 구성된 제 2 웰, 및 제 1 웰과 제 2 웰 사이에서 연장되는 마이크로 채널을 포함한다. 자성 비드들이 제 1 웰에 도입되도록 구성되고, 자성 비드들은 표적 분자들을 생물학적 샘플에 끌어당기도록 조정되는 시스템이 제공된다. 시스템은 전력원 및 전력원에 연결된 2개의 프로브들을 더 포함하고, 2개의 프로브들은 전기장을 제 1 웰에 인가하도록 구성된다. 전력이 2개의 프로브들에 인가될 때, 2개의 프로브들이 전기장과 상호 작용하는 오염물들과의 사이에서 전기장을 발생시키도록 구성되는 시스템이 제공된다. 시스템은 제 1 웰의 근처로 이동되도록 구성된 자석을 더 포함하고, 자석은 자성 비드들과 상호 작용하기 위해 자기장을 발생시키도록 구성된다. 자석 비드들이 자석의 이동과 함께 마이크로 채널 내로 끌어당겨지도록 자석이 마이크로 채널을 향해 이동되도록 제공되는 시스템이 또한 제공된다. 또한, 전기장은 오염물들과 상호 작용하도록 구성되어 오염물들이 제 1 웰에서 유지되고 자석은 제 2 웰을 향해 이동하도록 구성되어 자성 비드들 및 표적 분자들이 제 2 웰로 끌어당겨진다.
M-PVA 자성 비드들은 생물학적 샘플에서 핵산들을 분리하고 표적 분자들을 M-PVA 자성 비드들로 끌어당긴다. 제 1 웰 외부의 자석은 이후 제 1 웰 근처에 제공된다. 자석은 M-PVA 자성 비드들을 끌어당기는 기능을 하여, 자석이 마이크로 채널을 향하여 이동될 때, 끌어당겨지는 표적 분자들과 함께 M-PVA 자성 비드들이 마이크로 채널을 향해 및 마이크로 채널로 당겨진다. 마이크로 채널은 그의 분자량에 따라 폴리에틸렌 옥사이드 또는 폴리옥시에틸렌으로도 알려진 폴리에틸렌 글리콜(PEG)과 같은 폴리에테르 화합물로 채워진다. 오염물들은 음으로 하전된 입자들이다. 음으로 하전된 오염물들이 PEG로 끌어당겨질 때, PEG는 마이크로 채널을 통한 이들 음으로 하전된 종들(species)의 진행을 차단하는 기능을 한다.
자석은 제 2 웰을 향해 마이크로 채널에서 그의 경로를 따라 M-PVA 자성 비드들 및 표적 분자들을 제 2 웰로 계속 끌어당긴다. M-PVA 자성 비드들이 제 2 웰에 도달할 때까지, 표적 분자들은 본질적으로 오염물들이 없고, 이는 PEG에서 떨어진다.
이러한 점에서, M-PVA 자성 비드들이 디튜닝되어 표적 분자들을 떨어지게 하고 이후 제거될 수 있는, 표적 분자들이 여전히 부착되고 챔버에 배치된, 제 2 웰로부터 M-PVA 자성 비드들이 회수될 수 있다. 그 결과 본질적으로 오염물들이 없는 매우 깨끗한 생물학적 샘플이 된다. 원심 분리, 화학적 분리, 또는 고체상-기반 분리에 대해 필요되는 것와 같은 비용이나 특수 장비가 필요하지 않다. 오히려, 이러한 기술은 적은 가동부 및 광범위한 전력 요건들을 갖는 간단한 미세 유체 칩 포맷으로 구현될 수 있다.
일부 예들에서, 제 3 웰은 제 2 마이크로 채널을 통해 제 2 웰과 연결될 수 있다. 이러한 구성에서, 일단 자석이 표적 분자들과 함께 M-PVA 자성 비드들을 제 2 웰로 이동시키면, 이후 자석은 제 2 마이크로 채널을 향해 이동될 수 있어서 M-PVA 자성 비드들을 제 2 웰 외부로 및 제 2 마이크로 채널로 끌어당긴다. 제 2 마이크로 채널은 또한 PEG를 포함할 수 있다. 자석은 이후 제 3 웰을 향해 이동될 수 있어서 M-PVA 자성 비드들이 제 3 웰로 끌어당겨진다. 이러한 구성은 그를 필요로 하는 적용들을 위해 다른 세정 스테이지를 생물학적 샘플에 제공한다.
제 1 웰 및 제 2 웰은 생물학적 샘플을 여전히 추가로 세정하는 기능을 하는 PEG와 같은 겔을 포함할 수 있다는 것이 또한 예상된다.
일부 예들에서, 생물학적 샘플의 추가 세정은 제 2 웰로부터 제 1 웰을 향한 겔의 흐름을 생성함으로써 달성될 수 있는 것이 고려된다. 이는 웰들 사이의 겔의 단순한 유체 체적 차이에 의해 달성될 수 있다. 일 예에서, 제 2 웰은 제 1 웰에 제공된 것보다 많은 양의 겔이 제공될 수 있다. 이러한 추가 체적은 생물학적 샘플이 제 1 웰에 삽입된 후에 추가될 수 있어서, 제 2 웰로부터 마이크로 채널을 통해 제 1 웰로의 겔의 흐름은 제 1 웰로부터 제 2 웰로의 M-PVA 자성 비드들의 이동 동안 발생한다. 이러한 유체의 흐름은 제 1 웰로부터 마이크로 채널 외부로 그리고 다시 제 1 웰로 빠져나간 임의의 오염물들을 운반하는 기능을 할 것이다.
일부 예들에서, 시스템은 제 1 웰에 M-PVA 자성 비드들의 삽입 및 제 1 웰로부터 마이크로 채널에 및 제 2 웰에 M-PVA 자성 비드들을 끌어당기는 기능을 하는 자석의 완전 자동 이동을 위해 전달 시스템에 연결된 모터를 포함할 수 있다. 유사하게, 시스템은 제 2 웰로부터 M-PVA 자성 비드들을 회수하고 챔버에 삽입을 위해 자석에 결합된 모터를 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, M-PVA 자성 비드들은 데옥시리보 핵산을 끌어당기도록 조정되고, 반면에 다른 예들에서, M-PVA 자성 비드들은 리보 핵산을 끌어당기도록 조정된다.
일 예에서, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법이 제공되고, 상기 방법은, 마이크로 채널을 통해 서로 연결된 제 1 웰 및 제 2 웰을 제공하는 단계, 제 1 웰, 제 2 웰 및 마이크로 채널에 유체를 제공하는 단계, 및 생물학적 샘플을 제 1 웰에 배치하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 제 1 웰에 자성 비드들을 도입하는 단계, 생물학적 샘플 내의 표적 분자들을 자성 비드들에 끌어당기는 단계, 및 자기장을 생성하는 자석을 제 1 웰 근처로 도입하는 단계를 포함하고, 자기장은 자성 비드들과 상호 작용한다. 상기 방법은 자석을 마이크로 채널을 향해 이동시키는 단계로서, 자성 비드들은 자석의 이동과 함께 끌어당겨져서 자성 비드들 및 표적 분자들은 마이크로 채널로 끌어당겨지는, 상기 이동 단계, 및 겔이 오염물들과 상호 작용하는 마이크로 채널에 겔을 제공하는 단계를 더 포함한다. 겔이 오염물들과 상호 작용하는 방법이 제공된다. 방법은 최종적으로 자석을 제 2 웰을 향해 이동시키는 단계를 포함하고, 자석 비드들 및 표적 분자들이 자석의 이동과 함께 끌어당겨져서 오염물들이 겔 내에 유지될 때 오염물들이 표적 분자들로부터 분리되고 자성 비드들 및 표적 분자들은 제 2 웰로 끌어당겨진다.
다른 예에서, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템이 제공되고, 상기 시스템은, 유체를 함유하고 생물학적 샘플을 수용하도록 구성된 제 1 웰, 유체를 함유하도록 구성된 제 2 웰, 제 1 웰과 제 2 웰 사이에 연장하는 마이크로 채널, 및 마이크로 채널 내에 위치한 겔을 포함한다. 시스템은 자성 비드들이 제 1 웰에 도입되도록 구성되고, 자성 비드들은 생물학적 샘플에서 표적 분자들을 끌어당기도록 조정된다. 시스템은 제 1 웰의 부근으로 이동하도록 구성된 자석을 더 포함하고, 자석은 자성 비드들과 상호 작용하기 위해 자기장을 생성하도록 구성된다. 시스템은 또한 자석이 마이크로 채널을 향해 이동되도록 제공되고, 자성 비드들은 자석의 이동과 함께 마이크로 채널로 끌어당겨지고 겔은 오염물들과 상호 작용하도록 구성되어서, 자성 비드들이 겔을 통해 이동할 때 오염물들의 적어도 일부가 겔 내에 포획된다. 마지막으로, 자석이 제 2 웰을 향해 이동하고 자성 비드들 및 표적 분자들이 제 2 웰로 끌어당겨지는 시스템이 제공된다.
시스템은: 수평 액추에이터; 수평 액추에이터에 결합된 트레이; 트레이에 결합된 웰 플레이트; 웰 플레이트에 결합된 미세 유체 칩; 수직 액추에이터; 수직 액추에이터에 연결된 피펫; 피펫 내에서 유체의 온도를 제어하기 위해 피펫에 결합된 히터; 피펫 내에서 유체의 이동을 제어하기 위해 피펫에 연결된 펌프; 및 제어기로서, 트레이, 웰 플레이트 및 미세 유체 칩의 수평 이동을 제어하기 위해 수평 액추에이터에 통신 가능하게 결합되고, 피펫의 수직 이동을 제어하기 위해 수직 액추에이터에 통신 가능하게 결합되고, 펌프를 제어하기 위해 펌프에 통신 가능하게 결합되고; 히터를 제어하기 위해 히터에 통신 가능하게 결합되는, 상기 제어기를 포함하는 것으로 요약될 수 있다.
시스템은: 회전 액추에이터; 및 회전 액추에이터에 결합된 자석을 더 포함할 수 있고, 제어기는 트레이 아래의 자석의 회전을 제어하기 위해 회전 액추에이터에 통신 가능하게 결합된다. 웰 플레이트는 미세 유체 칩 아래에 위치된 복수의 전기 전도성 리드들(leads)을 포함할 수 있다. 피펫은 지지 암에 의해 수직 방향으로 유지된 피펫 팁을 포함할 수 있고, 피펫 팁과 반대쪽의 피펫의 단부는 카트리지 내에 유지될 수 있다. 히터는 고정 측벽 및 힌지에 의해 고정 측벽에 회전 가능하게 연결된 힌지 측벽을 포함할 수 있다. 고정 측벽은 제 1 홈(groove)을 포함할 수 있고 힌지 측벽은 제 2 홈을 포함할 수 있고, 피펫은 제 1 및 제 2 홈들을 통해 고정 측벽과 힌지 측벽 사이에 연장할 수 있다. 고정 측벽은 고정 측벽의 제 1 측면 근처의 제 1 위치에 피펫을 핀칭하기(pinch) 위해 고정 측벽으로부터 힌지 측벽을 향해 외부로 이동 가능한 제 1 바 및 고정 측벽의 제 1 측면에 대향하는 고정 측벽의 제 2 측면 근처의 제 2 위치에 피펫을 핀칭하기 위해 고정 측벽으로부터 힌지 측벽을 향해 외부로 이동 가능한 제 2 바를 포함할 수 있다.
방법은: 웰 플레이트의 제 1 웰에 생물학적 샘플을 수용하는 단계; 웰 플레이트의 제 2 웰에 다른 시약을 수용하는 단계; 웰 플레이트의 제 1 웰로부터 생물학적 샘플을 피펫으로 끌어당기기기 위해 펌프를 작동시키는 단계; 웰 플레이트의 제 1 웰로부터 미세 유체 칩의 제 1 웰로 피펫을 이동시키기 위해 액추에이터를 작동시키는 단계; 피펫으로부터 미세 유체 칩의 제 1 웰로 생물학적 유체 샘플을 배출하도록 펌프를 작동시키는 단계; 미세 유체 칩의 제 1 웰로부터 미세 유체 칩의 제 2 웰로 피펫을 이동시키도록 액추에이터를 작동시키는 단계; 미세 유체 칩의 제 2 웰로부터 피펫에 생물학적 샘플을 끌어당기도록 펌프를 작동시키는 단계; 미세 유체 칩의 제 2 웰로부터 웰 플레이트의 제 2 웰로 피펫을 이동시키도록 액추에이터를 작동시키는 단계; 웰 플레이트의 제 2 웰로부터 피펫으로 다른 시약을 끌어당기도록 펌프를 작동시키는 단계; 피펫 내의 생물학적 샘플 및 다른 시약을 가열하기 위해 히터를 작동시키는 단계; 생물학적 샘플을 피펫으로부터 웰 플레이트의 제 3 웰로 방출하도록 펌프를 작동시키는 단계를 포함하는 것으로서 요약될 수 있다.
생물학적 샘플은 DNA, RNA, mRNA, 또는 단백질을 포함할 수 있다. 오염물들은 미세 유체 칩의 생물학적 샘플로부터 제거될 수 있다. 폴리메라아제 연쇄 반응(polymerase chain reaction)은 피펫 내에서 발생할 수 있다.
도 1은 본 기술의 일 예를 도시하는 도면.
도 2는 정제될 생물학적 샘플을 포함하는 도 1에 따른 확대도.
도 3은 표적 분자들을 끌어당기는 기능을 하는 자성 비드들을 갖는 도 2에 따른 도면.
도 4는 오염물들을 끌어당기는 기능을 하는 생물학적 샘플에 전기장을 인가하는 전극들을 갖는 도 3에 따른 도면.
도 4a는 도 4에 도시된 것과 유사한 도면이지만, 전극들은 도 4에 도시된 것과 다른 웰들에 배치된 도면.
도 5는 오염물들과 상호 작용하는 전기장을 도시하는 도면.
도 6은 비드들을 끌어당기는 기능을 하는 자석이 자성 비드들의 근처에 도입된 도 4에 따른 도면.
도 7은 자성 비드들이 마이크로 채널로 이동되는 도 6에 따른 도면.
도 8은 자성 비드들이 마이크로 채널을 통해 제 2 웰로 이동되는 도 7에 따른 도면.
도 9는 본 발명에 따른 정제된 생물학적 샘플의 도면.
도 10은 도 1 내지 도 8에 따른 기술의 동작 순서를 도시한 흐름도.
도 11은 도 10에 따른 추가의 다른 단계들을 예시하는 흐름도.
도 12는 도 11에 따른 도면이다.
도 13은 제어기, 교반기(stirrer), 히터, 및 온도 센서를 갖는 도 3에 따른 도면.
도 14는 비드를 끌어당기는 기능을 하는 자석이 자성 비드들 근처에 도입된 도 13에 따른 도면.
도 15는 자성 비드들이 마이크로 채널로 이동되는 도 14에 따른 도면.
도 16은 자성 비드들이 마이크로 채널을 통해 제 2 웰로 이동되는 도 15에 따른 도면.
도 17은 도 16에 따른 정제된 생물학적 샘플의 도면.
도 18은 도 1에 따른 본 기술의 일 예의 예시를 도시하는 도면.
도 19는 도 1 내지 도 3 및 도 13 내지 17에 따른 기술의 동작 순서를 도시하는 흐름도.
도 20은 도 19에 따른 추가의 다른 단계들을 도시하는 흐름도.
도 21은 도 20에 따른 방법을 채용한 칩의 도면.
도 22는 생물학적 샘플들을 처리하기 위한 미세 유체 시스템의 후방, 상부, 및 좌측 사시도.
도 23은 도 22의 미세 유체 시스템의 정면, 하부, 및 우측 사시도.
도 24는 도 22의 미세 유체 시스템의 좌측면도.
도 25는 도 22의 미세 유체 시스템의 우측면도.
도 26은 도 22의 미세 유체 시스템의 상부 평면도.
도 27은 도 22의 미세 유체 시스템의 하부 평면도.
도 28은 도 22의 미세 유체 시스템의 후면도.
도 29는 도 22의 미세 유체 시스템의 정면도.
도 30은 하우징이 제거된 도 22의 미세 유체 시스템의 정면, 상부, 및 좌측 사시도.
도 31은 하우징이 제거된 도 22의 미세 유체 시스템의 정면, 하부면, 및 좌측 사시도.
도 32는 하우징이 제거된 도 22의 미세 유체 시스템의 정면, 상부, 및 우측 사시도.
도 33은 하우징이 제거된 도 22의 미세 유체 시스템의 후면, 상부, 및 좌측 사시도.
도 34는 하우징이 제거된 도 22의 미세 유체 시스템의 후면, 상부, 및 우측 사시도.
도 35는 도 22의 미세 유체 시스템의 미세 유체 플레이트 또는 칩의 하부 사시도.
도 36은 도 35의 미세 유체 칩이 제거된 도 22의 미세 유체 시스템의 일부의 사시도.
도 37은 도 22의 미세 유체 시스템의 마이크로웰 플레이트의 상부 사시도.
도 38은 도 35의 미세 유체 칩 및 도 37의 마이크로웰 플레이트가 제거된, 도 22의 미세 유체 시스템의 일부의 사시도.
도 39는 미세 유체 칩, 마이크로웰 플레이트, 및 이들의 전도성 리드들이 제거된 도 22의 미세 유체 시스템의 일부의 사시도.
도 40은 미세 유체 칩, 마이크로웰 플레이트, 전도성 리드들, 및 그의 트레이가 제거된 도 22의 미세 유체 시스템의 사시도.
도 41은 추가 구성요소들이 제거된 도 40에 도시된 미세 유체 시스템의 사시도.
도 42는 도 22의 미세 유체 시스템의 수직 작동 시스템의 일부의 사시도.
도 43은 도 22의 미세 유체 시스템의 마이크로피펫 시스템의 사시도.
도 44는 힌지 도어가 제거된 도 22의 미세 유체 시스템의 크래들(cradle)의 사시도.
도 45는 도 22의 미세 유체 시스템의 크래들의 힌지 도어의 사시도.
도 46은 도 22의 미세 유체 시스템의 시린지 펌프 시스템(syringe pump system)을 도시하는 도면.
이제 도면들을 참조하면, 유사한 참조 번호들은 도면들 전체에 걸쳐 대응하는 구조를 나타낸다.
본 기술의 실시예들은 자성 비드들 및 전기장들을 통해 샘플로부터 생물학적 물질을 분리하기 위한 시스템들 및 방법들을 포함한다. 기술의 실시예들은 일반적으로 데옥시리보 핵산(DNA) 및/또는 리보 핵산(RNA)의 형태로, 핵산을 포함하는 복합 샘플들, 예컨대 혈액과 함께 사용하기에 매우 적합하다.
도 1은 핵산들을 정제하기 위한 자기 전기 영동 분리를 위한 시스템(100)을 도시한다. 이러한 예는 제 1 웰 또는 저장소(104), 마이크로 채널(106) 및 제 2 웰 또는 저장소(108)를 포함하는 미세 유체 칩(102)을 이용한다. 제 1 및 제 2 웰들(104, 108)은 정사각형 형상으로 도시되지만, 그들은 원형 또는 타원형 등과 같은 사실상 임의의 원하는 형상을 포함할 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.
일 예에서, 제 1 웰(104)은 약 2㎜의 직경을 갖도록 제공될 수 있다. 또한, 일 예에서, 마이크로 채널(106)은 길이가 약 2-3 ㎝이고, 깊이가 약 100 pm이고, 폭이 약 50-200 pm일 수 있다.
이제 도 2 및 도 3으로 가면, 제 1 웰(104)은 표적 분자들(110) 및 오염물들(112) 둘 다를 포함하여 그 안에 생물학적 샘플들과 함께 도시된다. 생물학적 샘플은 혈액을 포함할 수 있고 제 1 웰(104)은 생물학적 샘플이 놓이는 유체 또는 완충액이 제공된다는 것이 주의될 것이다.
M-PVA 자성 비드들(도 3)과 같은 자성 비드들(114)은, 이후 제 1 웰(104)에 도입된다. 자성 비드들(114)은 혈액과 같은 복합 샘플로부터 핵산과 같은 표적 분자들을 수집하도록 결합된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 표적 분자들(110)은 오염물들(112)이 아닌 자성 비드들(114)로 끌어당겨진다. 이는 도시된 바와 같이 개별 자성 비드들(114) 주위에 모이는 표적 분자들(110)을 초래한다.
일부 예들에서, 예를 들면, 표적 분자들의 적절한 접착을 위해 샘플의 혼합을 보장하기 위해 자성 비드들이 생물학적 샘플에 배치될 때, 생물학적 샘플이 부드럽게 자기적으로 교반된다. 마찬가지로, 생물학적 샘플은 국부적으로 가열될 수 있는 것으로 고려된다.
도 4 및 도 5는 제어기(118a)에 의해 제어되는 전기 에너지의 소스(116a)의 사용을 포함하는 시스템(100a)을 도시하고 예시한다. 제어기(118a)는 원하는대로 전압원(116a)을 제어하도록 프로그램된 임의의 유형의 컴퓨터일 수 있다.
제어기(118a)는 또한 자기 교반기(magnetic stirrer; 117a) 및 히터(119a)를 제어할 수 있는 것으로 고려된다. 히터는, 예를 들면, 저항성 금속 코팅을 포함할 수 있다. 저항성 금속 코팅은 웰 또는 저장소를 라이닝하는(lining) 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide; ITO)일 수 있다. 히터(119a)가 웰의 외부에 도시되지만, 코팅이 웰의 내부 또는 외부를 라이닝할 수 있는 것이 이해될 것이다. 유사하게, 제어기(118a)는 금속 코팅에 대한 직접적인 제어를 제공할 수 있거나, 0-12 volts 신호들을 히터에 인가하도록 구성된 중간 제어기가 제공될 수 있다. 온도를 설정 점으로 유지하기 위해 피드백 정보를 제공하기 위해 온도 센서(121a)가 제공될 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다. 다양한 부분들 및 구성요소들이 연결을 나타 내기 위해 연결 라인들로 도시되지만, 이들은 단지 도식적인 것이고, 연결들은 유선 연결들 또는 무선 연결들을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
양전하를 갖도록 구성된 제 1 프로브(120a) 및 음전하를 갖도록 구성된 제 2 프로브(122a)가 도 4에 또한 포함된다. 제 1 및 제 2 프로브(120a, 122a) 사이에서 발생된 전압 차동의 크기는 전력원에 의존한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전기장(124a)은 제 1 및 제 2 프로브들(120a, 122a) 사이에서 생성된다. 전기장은 음으로 하전된 오염물들(112a)과 상호 작용하는 힘선들(점선들로 도시됨)으로 도시된다. 전기장(124a)은 음으로 하전된 오염물들(112a)과 비교적 강하게 상호 작용하도록 생성되지만, 본질적으로 자성 비드들(114a) 또는 표적 분자들(110a)과 상호 작용하지는 않는다.
도 6은 제 1 웰(104a) 근처로 도입되는 자석(126a)의 도입을 도시한다. 자석(126a)은 자성 비드들(114a)을 끌어당기도록 설계된다. 일 예에서, 자석(126a)은 제 1 웰(104a)의 일 단부에 위치될 수 있고 제 1 웰(104a)을 거쳐 마이크로 채널(106a)을 향해 이동하여 자성 비드들(114a) 및 관련 표적 분자들(110a)은 마이크로 채널(106a)을 향해 이동된다. 그러나, 전기장(124a)은 전기장(124a)과의 상호 작용에 의해 음으로 하전된 오염물들(112a)을 제자리에 유지하는 기능을 할 것임이 당업자에 의해 이해될 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 자석(126a) 및 자성 비드들(114a)은 마이크로 채널(106a)을 향해 이동되지만, 대부분의 오염물들(112a)은 제 1 웰(104a)에 남겨진다. 그러나, 적은 수의 오염물들(112a)이 표적 분자(110a)와 함께 마이크로 채널을 향해 끌어당겨진다는 것이 주의된다.
자석(126a)의 이동은 제어기(118a)에 의해 제어될 수 있고 소프트웨어 프로그램에 따라 완전 자동 이동을 포함할 수 있다는 것이 또한 주의되어야 한다. 이동은 단순히 선형이거나, 프로그래밍될 수 있는 임의의 복잡한 이동의 조합일 수 있다.
도 7은 자성 비드들(114a) 및 표적 분자들(110a)이 끌어당겨지는, 마이크로 채널(106a)로 이동하는 자석(126a)을 도시한다. 마이크로 채널(106a)은 유체(예를 들면, 완충제)로 채워져서 유체(예를 들면, 대략 밀리미터/초)를 통한 자성 비드들(114a)의 비교적 빠른 이동이 표적 분자들(110a)과 함께 당겨지는 임의의 오염물(112a)이 마이크로 채널 내에 떨어지도록 초래될 것이다. 이는 도 8에 도시되고, 이는 자석(126a)이 마이크로 채널의 대향 단부를 통해 제 2 웰(108a)로 이동하는 것을 보여준다.
이러한 점에서, 표적 분자들(110a)과 함께 끌어당겨질 수 있는 임의의 오염물들(112a)은 마이크로 채널(106a)의 유체에 남겨진다.
자석(126a)은 원하는대로 및 제어기(118a)에 프로그래밍되는 대로 임의의 모션 또는 일련의 이동들로 제 2 웰(108a)로 이동될 수 있다. 자성 비드들(114a)은 이후 제 2 웰(108a)의 유체로부터 제거되고 별도의 컨테이너(128a) 내에 배치될 수 있다(도 9). 자성 비드들(114a)은 이후 표적 분자들(110a)이 더 이상 자성 비드(114a)를 향해 끌어당겨지지 않도록 디튜닝될 수 있고, 이후 컨테이너(128a)로부터 제거될 수 있다.
결과는 완충액 및 오염물들(112a)이 본질적으로 없는 표적 분자들(110a)을 포함하는 컨테이너(128a)이다. 프로세스는 값비싸거나 고도로 정교한 장비에 대한 필요 없이 수행하는 것이 간단하고 쉽다.
이제 도 4a를 참조하면, 여기에 도시된 시스템은 제 1 및 제 2 웰들(104a, 108a)에 배치되는 제 1 및 제 2 프로브들(120a, 122a) 대신에, 제 1 및 제 2 프로브들(120a, 122a)이 마이크로 채널(106a)과 또한 연통하는 제 3 및 제 4 웰들(105a, 109a)에 개별적으로 배치되는 것을 제외하고, 도 4에 도시된 시스템과 실질적으로 유사하고 유사한 방식으로 작동한다. 이러한 구성에 의해, 자석(126a)은 재료를 제 1 웰(104a)로부터 제 2 웰(108a)로 끌어당기고(상기에 기술된 바와 같이), 그에 배치된 프로브들(120a, 122a)을 가지는 제 3 및 제 4 웰들(105a, 109a)의 존재는 자성 비드들(114a)이 이동하는 마이크로 채널(106a)을 거쳐 전기장(124a)을 생성한다.
이러한 방식으로, 및 위에서 논의된 것과 유사한 방식으로, 마이크로 채널(106a)은 유체(예를 들면, 완충액)로 채워질 것이고, 유체를 통해 자성 비드들(114a)의 비교적 빠른 이동(예를 들면, 대략 밀리미터/초)은 표적 분자들(110a)과 함께 끌어당겨진 임의의 오염물들(112a)이 마이크로 채널(106a) 내에 떨어지게 할 것이다. 따라서, 이전 예에서와 같이, 마이크로 채널(106a)은 샘플들을 정제하기 위해 비드 이동을 통한 액체의 상대 이동 및 인가된 전기장을 통한 전기력을 제공한다.
이제 도 10로 돌아가면, 프로세스(200a)의 흐름도가 제공된다. 초기에, 정제 될 생물학적 샘플은 랩 온 어 칩(lab on a chip)을 포함할 수 있는 웰(201a)에 침착된다. 다음으로, 자성 비드들은 제 1 웰에 함유된 생물학적 샘플(202a)로 도입된다. 이전에 진술된 바와 같이, 일 예에서, 자성 비드들은 표적 분자들을 끌어당기도록 조정되는 M-PVA 자성 비드들일 수 있다. 또한, 표적 분자들은 핵산일 수 있다. 자성 비드들은 이후 표적 분자들의 인력을 허용하기 위해 기간("인큐베이션" 기간) 동안 생물학적 샘플에서 유지된다. 일 예에서, 기간은, 예를 들면, 1분 미만일 수 있다.
배양 기간(incubation period)은 생물학적 샘플의 혼합 또는 교반 기간으로 또한 보충될 수 있고, 이는 표적 분자들의 결합을 또한 도울 것이다. 일 예에서, 예를 들면, 비드/분자 상호 작용 레이트를 증가시키고 그와 같이 동일한 결합 효율을 위한 전체 시간을 감소시키기 위해 부드러운 혼합을 위해 자기 교반기가 웰들/저장소들 내부에 사용될 수 있다.
이들 공정 단계들의 이점들 중 하나는 표적 분자들의 포획/결합이 웰/저장소에서 발생하여, 본 방법이 신속한 분리를 위해 다량의 샘플들을 고유하게 처리한다는 것이다. 이전에 알려진 방법들은 샘플당 다수회 세정해야 하는 반면, 본 방법의 실시예들은 일분의 시간 단위로 한 단계로 모든 불필요한 분자들로부터 비드-결합 분자들을 제거할 수 있다. 이는 증가된 처리 용량을 허용한다.
선택된 기간이 경과하면, 전기장이 생물학적 샘플(204a)에 인가될 수 있다. 이는 전력원에 연결된 리드들의 적용에 의해 달성될 수 있다. 전기장의 인가는 또한 자기장을 생성할 것임이 당업자에 의해 이해될 것이다. 생물학적 샘플의 오염물들은 음으로 하전되고, 전기장과 상호 작용하여, 전기장 내 이러한 오염물들을 "보유"하거나 유지하는 기능을 한다.
오염물들이 전기장 내에 유지되면, 자석이 자성 비드들(206a)에 근접하게 된다. 자석은 자성 비드들을 끌어당기는 기능을 할 것이고, 자석이 제 1 웰 근처로 이동함에 따라, 자석 비드들은 자석의 이동과 함께 끌어당겨질 것이다. 자석의 이동은 완전히 자동화될 수 있고 미리 프로그램된 방식으로 이동할 수 있다.
자석은 이후 제 1 웰(208a)에 연결된 마이크로 채널을 향해 자성 비드들을 끌어당기도록 이동될 수 있다. 전기장이 이러한 시점에 인가될 것이고, 자성 비드들이 마이크로 채널을 향해 이동하고 있는 동안, 오염물들이 전기장과 상호 작용하여 그들이 제 1 웰의 유체 내에 제자리에 유지되는 것이 이해될 것이다. 이는 끌여당겨진 표적 분자들을 갖는 자성 비드들이 대부분의 오염물들로부터 효과적으로 이동하게 한다.
자석은 이후 자성 비드들이 끌어당겨지고 마이크로 채널(210a)을 통해 이동하도록 이동한다. 이는, 예를 들면, 밀리미터/초 정도의 비교적 빠른 속도로 수행될 수 있다. 마이크로 채널 내에 유체(완충액)가 있기 때문에, 유체를 통한 자성 비드들의 이동은 제 1 웰로부터 표적 분자들과 함께 의도치 않게 당겨진 임의의 원치 않는 오염물들을 떨어지게 하는 기능을 할 것이다.
자석은 이후 마이크로 채널의 대향 단부에 위치된 제 2 웰(212a)로 자성 비드들을 계속 끌어당긴다. 그 결과, 정제된 생물학적 샘플은 표적 분자들만 랩 온 어 칩으로 제 2 웰로 이동되었다.
상기에 기술된 프로세스의 다른 이점은 그것이 임의의 막 또는 펌프들을 필요로 하지 않고 고효율 분리를 허용한다는 점이다. 이는 리소스 제한 설정들에 유리하다.
이러한 점으로부터, 정제된 생물학적 샘플(예를 들면, 표적화된 핵산들)은 이후 제 2 웰로부터 제거될 수 있고 컨테이너(214a)에 배치될 수 있고, 그 후 자성 비드들은 디튜닝될 수 있어서 표적 분자들이 자성 비드들(216a)로부터 결합 해제될 수 것이다. 마지막으로, 자성 비드들은 컨테이너로부터 제거되어 폐기될 수 있다.
이러한 점에서, 정제된 표적 분자들은 별도의 컨테이너에 위치되고 다운스트림 프로세스들을 준비한다. 제 2 웰로부터 정제된 생물학적 샘플을 제거하는 단계가 선택적이라는 것이 주의되어야 한다. 예를 들면, 제 1 웰은 배출될 수 있고 제 2 웰의 정제된 샘플은 칩상에서 증폭/검출할 준비를 할 수 있다. 대안적으로, 정제된 생물학적 샘플은 별도의 컨테이너에서 칩을 증폭/검출할 준비를 할 수 있다.
도 11은 강화된 정제가 필요한 경우 일부 추가의 프로세스 단계들을 포함하는 대안적인 예를 도시한다. 예를 들면, 단계(212a)에서, 관련된 표적 분자들로 자성 비드들을 제거하는 대신에, 시스템은 제 2 마이크로 채널 및 제 3 웰을 포함할 수 있다는 것이 고려된다. 이러한 예에서, 자석은 제 2 마이크로 채널(218a)을 향해 이동되고 제 2 마이크로 채널(220a)을 통해 이동된다. 이러한 이동은 제 1 마이크로 채널을 통한 이동과 관련하여 논의된 바와 같이 비교적 빠르게 수행될 수 있다. 유사하게, 미리 프로그래밍된 소프트웨어 프로그램에 따라 자석이 이동되는 위치에서 자석의 이동이 완전히 자동화될 수 있다.
자성 비드들은 이후 제 2 마이크로 채널의 대향 단부에 위치된 제 3 웰(222a)로 이동될 수 있고, 자성 비드들은 이후 제거되어 새로운 컨테이너(224a)로 배치될 수 있다. 이전에 설명된 바와 같이, 자성 비드들은 디튜닝되고 제거될 수 있다(226a).
다른 예들에서, 제 2 웰에 제공된 유체는 체적이 제 2 웰로부터 제 1 웰까지 유체의 흐름을 생성하도록 할 수 있고, 이는 임의의 오염물들 또는 결합되지 않은 분자들을 제 1 웰로 운반하는 기능을 한다. 제 2 마이크로 채널 및 제 3 웰을 이용하는 예들에서, 유체는 제 3 웰에 제공된 체적이 제 3 웰로부터 제 2 웰로 및 제 2 웰에서 제 1 웰로 흐름을 생성하도록 제공될 수 있다. 마이크로 채널(들)을 통한 자성 비드들의 비교적 빠른 이동과 결합된 이러한 유체의 흐름은 의도하지 않게 제 1 웰로부터 배출될 수 있는 훨씬 더 많은 결합되지 않은 분자들을 제거하는 기능을한다.
다른 예들에서, 방법은, 예를 들면, 폴리메라아제 연쇄 반응(PCR)과 같은 열 구동 프로세스들을 허용하기 위해 생물학적 샘플들의 국소 가열을 또한 제공할 수 있다. 이는 저항성 금속 코팅을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITO)에 0-12 볼트를 적용함으로써 제공될 수 있다. 가열은 칩의 다른 영역들을 과열시키지 않고 샘에 대한 온도를 국소적으로 유지할 수 있다.
다양한 기능들 및 방법들이 일련의 단계들로 설명되고 제시되었지만, 시퀀스는 단순히 하나의 이로운 실시예의 예시로서 제공되었고, 이러한 기능들을 예시된 특정한 순서로 수행할 필요는 없다는 것이 주의되어야 한다. 이들 단계들 중 임의의 단계가 다른 단계들 중 어느 것에 대해 이동 및/또는 조합될 수 있다는 것이 또한 고려된다. 또한, 본 출원에서 설명된 기능들의 전부 또는 일부를 이용하는 것이 적용에 따라 이로울 수 있다는 것이 여전히 또한 고려된다.
이제 도 12를 참조하면, 핵산들을 정제하기 위한 마그네토 전기 영동 분리(Magneto electrophoretic separation)를 위한 립 온 어 칩에 대한 대안적인 예가 도시된다. 이러한 예는 제 1 웰 또는 저장소(304a), 제 1 마이크로 채널(306a), 및 제 2 웰 또는 저장소(308a)를 포함하는 미세 유체 칩(302a)을 이용한다. 제 1 마이크로 채널(306a)은 제 1 웰(304a)로부터 제 2 웰(308a)까지 연장된다.
또한, 이러한 예는 제 2 마이크로 채널(310a) 및 제 3 웰 또는 저장소(312a)를 이용한다. 제 2 마이크로 채널(310a)은 제 2 웰(308a)로부터 제 3 웰(312a)까지 연장된다. 이전이 진술된 바와 같이, 제 1, 제 2 및, 제 3 웰(304a, 308a, 312a)은 여기서 정사각형 형상으로 도시되지만, 그들은 원형 또는 타원형 등과 같은 임의의 원하는 형상을 사실상 포함할 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.
폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리에틸렌 옥사이드(PEO) 또는 폴리옥시에틸렌(POE)은 에틸렌 옥사이드의 올리고머 또는 폴리머를 말한다. PEG의 구조는 일반적으로 H-(0-CH2-CH2)n-OH로서 표현된다. PEG는 액체이고 본 명세서에서 겔로 지칭된다. 중합 공정에 사용되는 개시제(initiator)에 따라 상이한 형태의 PEG가 또한 이용 가능하다. 하나의 일반적인 개시제는 단일 작용기의 메틸 에테르 PEG, 또는 약칭이 mPEG인 메톡시폴리(에틸렌 글리콜)이다. 저분자량 PEG들은 단분산(monodisperse)으로 지칭되는 더 순수한 올리고머들로서 또한 이용 가능하다.
도 13은 제어기(118b)를 포함하는 시스템(100b)의 예를 도시한다. 제어기(118b)는 마이크로칩과 관련하여 사용되는 장비를 제어하도록 프로그램되는 임의의 유형의 컴퓨터일 수 있다. 제어기(118b)는 자기 교반기(117b) 및 히터(119b)를 제어할 수 있는 것으로 고려된다. 히터는, 예를 들면, 저항성 금속 코팅을 포함할 수 있다. 저항성 금속 코팅은 웰 또는 저장소를 라이닝하는 인듐 주석 산화물(ITO)일 수 있다. 히터(119b)가 웰 외부에 도시되지만, 코팅은 웰의 내부 또는 외부에 정렬될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 유사하게, 제어기(118b)는 금속 코팅에 대한 직접적인 제어를 제공할 수 있거나, 0-12 볼트 신호를 히터에 인가하도록 구성된 중간 제어기가 제공될 수 있다. 설정점에서의 온도를 유지하기 위해 피드백 정보를 제공하기 위해 온도 센서(121b)가 제공될 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다. 다양한 부분들 및 구성요소들이 연결을 나타내는 연결선들로 도시되지만, 이들은 단지 도식적이고, 연결들은 유선 연결들 또는 무선 연결들을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 14는 제 1 웰(104b) 근처로 도입되는 자석(126b)의 도입을 도시한다. 자석(126b)은 자성 비드들(114b)을 끌어당기도록 설계된다. 일 예에서, 자석(126b)은 제 1 웰(104b)의 일 단부에 위치될 수 있고, 제 1 웰(104b)을 가로질러 마이크로 채널(106b)을 향해 이동되어 자성 비드들(114b) 및 관련된 표적 분자들(110b)이 마이크로 채널(106b)을 향해 이동될 수 있다.
자석(126b) 및 자성 비드들(114b)은 마이크로 채널(106b)을 향해 이동하여 오염물들(112b)의 일부를 제 1 웰(104b)에 남겨둔다. 그러나, 다수의 오염물들(112b)이 표적 분자들(110b)과 함께 마이크로 채널을 향해 끌어당겨질 수 있다는 것이 주의된다.
자석(126b)의 이동은 제어기(118b)에 의해 제어될 수 있고 소프트웨어 프로그램에 따라 완전 자동 모션을 포함할 수 있다는 것이 또한 주의되어야 한다. 이동은 단순히 선형이거나, 프로그래밍될 수 있는 복합 이동의 임의의 조합일 수 있다.
도 15는 자석 비드들(114b) 및 표적 분자들(110b)이 함께 끌어당겨지는 마이크로 채널(106b)로 이동하는 자석(126b)을 도시한다. 마이크로 채널(106b)은 마이크로 채널(106b)에서 점선으로 도시된 겔(107b)(예를 들면, PEG)로 채워질 것이다. 음으로 하전된 오염물들(112b)은 겔(107b)과 상호 작용하여 오염물들(112b)이 자성 비드들(114b) 및 표적 분자들(110b)이 마이크로 채널(106b)을 통해 진행함에 따라 겔(107b) 내에 제자리에 유지된다.
일 예에서, 겔(107b)을 통한 자성 비드들(114b)의 이동은 비교적 빠르고(예를 들면, 대략 밀리미터/초), 이는 표적 분자들(110b)과 함께 마이크로 채널(106b) 내에서 겔(107b) 내에 떨어지도록 끌어당겨지는 임의의 오염물들(112b)을 초래한다. 이는 자석(126b)이 마이크로 채널의 대향 단부를 통해 제 2 웰(108b)로 이동하는 것을 보여주는 도 16에 도시된다.
이러한 점에서, 표적 분자들(110b)과 함께 끌어당겨진 오염물들(112b)의 적어도 상당 부분이 마이크로 채널(106b)의 겔(107b)에 남겨진다.
자석(126b)은 원하는 및 제어기(118b)로 프로그래밍된 대로 임의의 모션 또는 일련의 이동들로 제 2 웰(108b)로 이동될 수 있다. 자성 비드들(114b)은 이후 제 2 웰(108b)의 유체로부터 제거되어 별도의 컨테이너(128b)로 배치될 수 있다(도 17). 자성 비드들(114b)은 표적 분자들(110b)이 더 이상 자성 비드들(114b)을 향해 끌어당겨지지 않도록 디튜닝될 수 있고, 이는 이후 컨테이너(128b)로부터 제거될 수 있다.
결과는 완충액 및 오염물(112b)이 본질적으로 없는 표적 분자들(110b)을 포함하는 컨테이너(128b)이다. 공정은 값비싸거나 고도로 정교한 장비의 필요 없이 간단하고 쉽게 수행할 수 있다.
도 18은 겔(107b)을 포함하는 제 1 웰(104b), 마이크로 채널(106b), 및 제 2 웰(108b) 모두를 도시한다. 겔(107b)은 마이크로 채널에만 배치될 수 있다는 것이 주의되어야 한다. 대안적으로, 겔(107b)은 마이크로 채널(106b) 및 제 1 웰(104b) 둘 다에 배치될 수 있다. 아이디어는 음으로 하전된 오염물들(112b)이 겔(107b)과 상호 작용하여 오염물들이 겔(107b)에 의해 유지되어 표적 분자들(110b)과 함께 자성 비드들(114b)이 오염물들(112b)로부터 멀어지거나 분리되게 할 것이다.
이제 도 19를 참조하면, 프로세스(200b)의 흐름도가 제공된다. 초기에, 정제 될 생물학적 샘플은 웰(201b)에 침착되고, 이는 랩 온 어 칩을 포함할 수 있다. 다음에, 자성 비드들은 제 1 웰에 함유된 생물학적 샘플(202b)로 도입된다. 이전에 진술된 바와 같이, 일 예에서, 자성 비드들은 표적 분자들을 끌어당기도록 조정된 M-PVA 자성 비드들일 수 있다. 또한, 표적 분자들은 핵산들일 수 있다. 자성 비드들은 이후 표적 분자들의 인력을 허용하기 위해 임의의 기간("배양" 기간) 동안 생물학적 샘플에서 유지된다. 일 예에서, 기간은 1분 미만일 수 있다.
배양 기간은 생물학적 샘플의 혼합 또는 교반 기간으로 또한 보충될 수 있고, 이는 표적 분자들의 결합을 또한 도울 것이다. 일 예에서, 부드러운 혼합을 위해 웰/저장소들 내부에 자기 교반기가 사용될 수 있다.
이들 공정 단계들의 이점들 중 하나는 표적 분자들의 포획/결합이 웰/저장소에서 발생해서, 본 방법이 신속한 분리를 위해 다량의 샘플을 고유하게 처리한다는 것이다.
다음 단계는 자석을 자성 비드들(206b)에 근접하게 배치하는 것이다. 자석은 자성 비드들을 끌어당기는 기능을 할 것이고, 자석이 제 1 웰 근처로 이동함에 따라, 자석 비드들은 자석의 이동과 함께 끌어당겨진다. 자석의 이동은 완전히 자동화될 수 있고 미리 프로그램된 방식으로 이동할 수 있다.
자석은 이후 제 1 웰(208b)에 연결된 마이크로 채널을 향해 자성 비드들을 끌어당기도록 이동될 수 있다. 자석은 자성 비드들이 마이크로 채널(210b) 내로 끌어당겨지도록 이동한다. 마이크로 채널은 음으로 하전된 오염물(211b)과 상호 작용하는 기능을 하는 PEG와 같은 겔로 채워지는 것이 이해될 것이다. 이러한 상호 작용은, 자석이 마이크로 채널을 따라 자성 비드들을 끌어당겨서, 겔을 통해, 음으로 하전된 오염물들은 마이크로 채널의 겔 내에서 떨어진다는 것을 의미한다. 이는 마이크로 채널을 통해 샘플이 이동함에 따라 샘플을 정제하는 기능을 한다.
마이크로 채널을 통한 자성 비드들의 이동은, 예를 들면, 대략 밀리미터/초와 같은 비교적 빠른 속도로 수행될 수 있다는 것이 또한 고려된다. 겔을 통한 자성 비드들의 이동은 음으로 하전된 오염물들과 상호 작용하는 PEG에 의해 뿐만 아니라 제 1 웰로부터 표적 분자들과 함께 끌어당겨진 오염물들을 떨어뜨리는 데 도움이 되는 유체 저항성에 의해 원치 않는 오염물들을 떨어뜨리는 기능을 할 것이다.
자석은 이후 자성 비드들을 마이크로 채널의 대향 단부에 위치된 제 2 웰(212b)로 계속해서 끌어당긴다. 결과는 표적 분자들만이 랩 온 어 칩에서 제 2 웰로 이동된 정제된 생물학적 시료이다.
상기에 기술된 공정에 대한 다른 이점은 그것이 임의의 막 또는 펌프들을 사용할 필요 없이 고효율 분리를 허용한다는 것이다. 이는 리소스 제한 설정들에 대해 이롭다.
이러한 점으로부터, 정제된 생물학적 샘플(예를 들면, 표적화된 핵산들)이 이후 제 2 웰로부터 제거될 수 있고 컨테이너(214b)에 배치될 수 있고, 그 후 자성 비드들이 디튜닝되어 표적 분자들이 자성 비드들(216b)로부터 결합 해제된다. 최종적으로, 자성 비드들은 컨테이너로부터 제거되고 폐기될 수 있다.
이러한 점에서, 정제된 표적 분자들은 별도의 컨테이너에 위치되고 다운스트림 공정들을 준비한다. 제 2 웰로부터 정제된 생물학적 샘플을 제거하는 단계는 선택적이라는 것이 주의되어야 한다. 예를 들면, 제 1 웰은 배출될 수 있고 제 2 웰의 정제된 샘플은 칩상에서 증폭/검출할 준비가 될 수 있다. 대안적으로, 정제된 생물학적 샘플은 별도의 컨테이너에서 칩을 증폭/검출할 준비가 될 수 있다.
도 20은 향상된 정제가 요구되는 경우 선택적인 추가 프로세스 단계들이다. 예를 들면, 단계(212b)에서, 관련된 표적 분자들에 의해 자성 비드들을 제거하는 대신에, 시스템은 제 2 마이크로 채널 및 제 3 웰을 포함할 수 있는 것이 고려된다. 이러한 예에서, 자석은 제 2 마이크로 채널(218b)을 향해 이동되고 제 2 마이크로 채널(220b)을 통해 이동된다. 이러한 이동은 제 1 마이크로 채널을 통한 이동과 관련하여 논의된 바와 같이 비교적 빠르게 수행될 수 있다. 유사하게, 미리 프로그래밍된 소프트웨어 프로그램에 따라 자석이 이동되는 위치에서 자석의 이동이 완전히 자동화될 수 있다.
자성 비드들은 이후 제 2 마이크로 채널의 대향 단부에 위치한 제 3 웰(222b)로 이동될 수 있고, 자성 비드들은 이후 제거되어 새로운 컨테이너(224b) 에 배치될 수 있다. 이전에 기술된 바와 같이, 자성 비드들은 디튜닝되고 제거될 수 있다(226b).
다른 예들에서, 제 2 웰에 제공된 유체는 도 18과 관련하여 예시된 바와 같은 겔을 포함할 수 있다. 일 예에서, 체적이 제 2 웰로부터 제 1 웰로 겔의 흐름을 생성하도록 겔이 제공될 수 있고, 이는 임의의 오염물들 또는 결합되지 않은 분자들을 제 1 웰로 운반하는 기능을 한다. 제 2 마이크로 채널 및 제 3 웰(도 21)을 이용하는 예들에서, 겔은 제 3 웰로부터 제 2 웰로 및 제 2 웰로부터 제 1 웰로의 흐름을 생성하도록 제공될 수 있다. 겔과 오염물들의 직접적인 상호 작용 및 마이크로 채널(들)을 통한 자성 비드들의 비교적 빠른 이동과 결합된 겔의 흐름은 제 1 웰에서 배출될 수 있는 더 많은 결합되지 않은 분자들을 제거하는 기능을 한다.
다른 예들에서, 방법은 생물학적 샘플들의 국소 가열을 또한 제공할 수 있다. 이는, 예를 들면, 저항성 금속 코팅을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITO)에 0-12 볼트를 적용함으로써 제공될 수 있다. 가열은 칩의 다른 영역을 과열시키지 않고 샘플에 대하여 온도들을 국부적으로 유지할 수 있다.
다양한 기능들 및 방법들이 일련의 단계들로 설명되고 제시되었지만, 시퀀스는 단순히 하나의 이로운 실시예의 예시로서 제공되었고, 예시된 특정한 순서로 이들 기능들을 수행할 필요는 없다는 것이 주의되어야 한다. 이들 단계들 중 임의의 단계가 다른 단계들 중 어느 것에 대해 이동 및/또는 조합될 수 있는 것이 또한 고려된다. 또한, 본 명세서에서 설명된 기능들의 전부 또는 어느 부분을 이용하는 것이 본 출원에 따라 이로울 수 있다는 것이 여전히 또한 고려된다.
이제 도 21을 참조하면, 도 20에 따른 다른 선택적인 향상된 정제 공정을 채용하는 핵산들의 정제를 위한 랩 온 어 칩에 대한 예가 도시된다. 이러한 예는 제 1 웰 또는 저장소(304b), 제 1 마이크로 채널(306b) 및 제 2 웰 또는 저장소(308b)를 포함하는 미세 유체 칩(302b)을 이용한다. 제 1 마이크로 채널(306b)은 제 1 웰(304b)로부터 제 2 웰(308b)까지 연장된다.
또한, 이러한 예는 제 2 마이크로 채널(310b) 및 제 3 웰 또는 저장소(312b)를 이용한다. 제 2 마이크로 채널(310b)은 제 2 웰(308b)로부터 제 3 웰(312b)까지 연장된다. 이전에 진술된 바와 같이, 제 1, 제 2 및 제 3 웰(304b, 308b, 312b)은 여기서 정사각 형상으로 도시되지만, 그들은 원형 또는 타원형 등과 같은 사실상 임의의 원하는 형상을 포함할 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.
겔(307b)은 제 1 마이크로 채널(306b)에서 최소로 제공된다. 그러나, 겔(307b)은 선택적으로 제 2 마이크로 채널(310b)에 있는 것으로 또한 도시된다. 겔은 원하는대로 제 1, 제 2 또는 제 3 웰들(304b, 308b, 312b) 중 어느 하나에 제공될 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다. 유사하게, 겔(307b)의 부피 및 배치는 원하는대로 제 1 웰(304b)을 향해 유량을 생성하도록 선택될 수 있다.
도 22는 생물학적 재료를 처리하기 위한 그의 하우징(402)을 포함하는 미세 유체 시스템(400)의 후면, 상부, 및 좌측 사시도를 도시한다. 도 23은 하우징(402)의 정면, 저면 및 우측 사시도를 도시한다. 도 24는 하우징(402)의 좌측면도를 도시한다. 도 25는 하우징(402)의 우측면도를 도시한다. 도 26은 하우징(402)의 상부 평면도를 도시한다. 도 27은 하우징(402)의 하부 평면도를 도시한다. 도 28은 하우징(402)의 후면도를 도시한다. 도 29는 하우징(402)의 정면도를 도시한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "전면", "전방", "후면", "후방", "뒤" 및 다른 유사한 용어와 같은 용어들은, 미세 유체 시스템(400)의 맥락에서 사용될 때, 시청자가 일반적으로 시스템(400)과 상호 작용하고 시스템(400)을 작동시키도록 예상되는 시스템(400)의 측면에 위치한 시청자와 관련하여 사용된다. 따라서, 일부 경우들에서, "전면", "전방", 및 다른 유사한 용어들은 그러한 뷰어의 방향에 위치된 특징을 말하는 반면, "후면", "후방", "뒤"와 같은 단어들 및 다른 유사한 용어들은 반대 방향에 위치하는 특징을 말한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 미세 유체 시스템(400)의 맥락에서 사용될 때, "상부", "하부", "상위", "하위", "위", "아래", "업" 및 "다운"과 같은 상대적인 높이의 용어들은 그들의 보통의 의미로, 즉, 중력이 물체들을 아래로 끌어당기는 중력의 방향과 관련하여 사용된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 미세 유체 시스템(400)의 맥락에서 사용될 때, "오른쪽" 및 "왼쪽"과 같은 용어들은 미세 유체 시스템(400)의 전면을 향해 본 위치들을 말한다.
도 22 내지 도 29는 미세 유체 시스템(400)의 하우징(402)이 하우징(402)의 전체 바닥면을 가로질러 걸쳐 있고 시스템(400)의 다양한 다른 구성요소들 및 하우징(402)이 결합될 수 있는 기초 또는 기반을 제공하는 바닥부 또는 하부 플레이트(404)를 포함하는 것을 도시한다. 하우징(402)은 하부 플레이트(404)에 견고하게 결합되고 하부 플레이트(404)과 일체로 형성될 수 있는 후방부(406)를 또한 포함한다. 후방부(406)는 그 안에 형성된 개구를 제외하고 하우징(402)의 전체 후방 표면을 가로질러 그리고 하우징(402)의 상부, 좌측 및 우측 표면들의 후방부들을 가로질러 걸쳐 있다. 하우징(402)은 내부에 형성된 개구를 덮기 위해 제거 가능하게 설치되고 후방부(406)에 결합되는 패널(408)을 또한 포함한다. 패널(408)은 하우징(402)으로 및 외부로 공기가 흐르게 하도록 내부에 형성된 슬롯들(410), 및 통신들 및/또는 전력을 운반하기 위한 것과 같은 와이어들 또는 케이블들이 하우징(402)으로 및 외부로 연장하게 하도록 내부에 형성된 포트(412)를 포함한다. 일부 경우들에, 패널(408)은 또한 조작자 또는 기술자가 후방부(406)에 형성된 개구를 통해 서비스 또는 수리를 위해서와 같이 하우징(402) 내부의 구성요소들에 접근하게 하도록 하우징(402)의 나머지로부터 제거될 수 있다.
하우징(402)은 또한 후방부(406)에 힌지되는 것과 같이 회전 가능하게 결합된 전방부(414)를 포함하여, 전방부(414)가 후방부(406)로부터 멀리 회전되어 하우징(402)을 개방하고 조작자 또는 기술자가 미세 유체 시스템(400)의 내부 구성요소들과 상호 작용하게 할 수 있다. 전방부(414)는 하우징(402)의 전체 전방 표면에 걸쳐 그리고 하우징(402)의 상부, 좌측, 및 우측 표면들의 전방부들에 걸쳐 있다. 전방부(414)의 하부 단부 또는 에지는 하부 플레이트(404)의 외부 에지들에 인접할 수 있고, 전방부(414)가 그의 폐쇄 단부에 있을 때, 전방부(414)의 후방 에지들은 후방부(406)의 전방 에지들에 인접할 수 있다. 일부 구현들에서, 전방부(414)는 하나 이상의 힌지들에 의해 후방 부분(406)의 상부에 회전 가능하게 결합되어 전방부(414)가 하우징(402) 내부의 나머지 구성요소들에 대한 액세스를 제공하기 위해 시스템(400)의 나머지 위로 및 그로부터 멀리 하우징(402)의 상부 표면을 따라 연장되는 수평 축 주위로 회전할 수 있다. 다른 구현들에서, 전방부(414)는 하나 이상의 힌지들에 의해 후방부(406)의 우측 또는 좌측에 회전 가능하게 결합되어 전방부(414)가 하우징(402) 내부의 나머지 구성요소에 대한 접근을 제공하기 위해 시스템(400)의 나머지의 측면으로 외부로 및 그로부터 멀리 하우징(402)의 좌측 또는 우측 표면을 따라 연장되는 수직축에 대하여 회전할 수 있다.
하우징(402)은 또한 조작자 또는 기술자가 미세 유체 시스템(400)과 수동으로 상호 작용할 수 있게 할 수 있는 단일 외부 물리적 버튼(416)을 포함한다. 일부 구현들에서, 조작자는 그의 전방부(414)를 이동시킴으로써 하우징(402)을 개방할 수 있고, 생물학적 샘플들 및/또는 다른 재료들을 하우징(402) 내부의 마이크로웰들 또는 웰들의 세트를 공급할 수 있고, 전방부(414)을 이동시킴으로써 하우징(402)을 폐쇄할 수 있고, 이후 버튼(416)을 누르거나 밀어서 미세 유체 시스템(400)의 작동 및 생물학적 샘플들 또는 그 안의 다른 재료들의 처리를 개시할 수 있다. 일부 구현들에서, 조작자 또는 기술자는 또한, 예를 들면, 비상 또는 다른 예상치 못한 환경 또는 상황이 발생하는 경우, 처리의 완료 전에 버튼(416)을 눌러 미세 유체 시스템(400)의 작동을 정지시키거나 중단시킬 수 있다.
도 30 내지 도 34는 그의 내부 구성요소들을 도시하기 위해 그의 하우징(402)이 제거된 미세 유체 시스템(400)의 다양한 사시도들을 도시한다. 도 30 내지 도 34에 도시된 바와 같이, 미세 유체 시스템(400)은 미세 유체 칩 또는 미세 유체 플레이트(418)를 포함하고, 그 내부에서 생물학적 샘플들 또는 다른 재료들이 처리될 수 있다. 마이크로 유체 시스템(400)은 또한 복수의 마이크로웰들을 갖는 마이크로웰 플레이트(420) 및 마이크로 유체 칩(418)을 수용하기 위한 리세스 또는 슬롯 또는 공동을 포함하여, 마이크로웰 플레이트(420)는 마이크로 유체 칩(418)을 운반할 수 있다. 미세 유체 시스템(400)은 또한 마이크로웰 플레이트(420)가 고정되거나 결합될 수 있는 캐리지 또는 트레이(422)를 포함한다. 미세 유체 시스템(400)은 또한 트레이(422)가 결합될 수 있는 수평 작동 시스템(424)을 포함한다. 작동시, 수평 작동 시스템(424)은 트레이(422), 마이크로웰 플레이트(420) 및 마이크로 유체 칩(418)을 수평 방향으로 전후 및 좌우로 그와 함께 이동시킬 수 있다.
도 30 내지 도 34에 도시된 바와 같이, 미세 유체 칩(418)은 그의 상부 표면으로부터 칩(418)의 두께를 통해 수직으로 그의 하부 표면으로 연장되는 복수의 웰들(418a)을 포함한다. 도 35는 미세 유체 칩(418)의 하부측 또는 하부면의 사시도를 도시한다. 도 35에 도시된 바와 같이, 미세 유체 칩(418)은 복수의 미세 채널들(418b) 및 그의 하부 표면에 형성된 다른 피처들을 포함한다. 마이크로 채널들(418b) 및 다른 피처들은 서로 및 웰들(418a)과 상호 연결되어 웰들(418a) 사이에서 연장되는 복수의 챔버들 및 경로들을 형성한다. 시스템(400)이 사용 중일 때, 마이크로 채널들(418b) 및 칩(418)의 하부 표면에 형성된 다른 피처들은 유체, 생물학적 샘플들, 또는 다른 재료들을 경로들을 따라, 예를 들면, 본 명세서에 기술된 미세 유체 시스템의 임의의 실시예들에 따라서와 같이 예를 들면 웰들(418a) 중 제 1 웰로부터 웰들(418a) 중 제 2 웰로 지향시킬 수 있다.
도 36은 미세 유체 칩(418)이 제거된 미세 유체 시스템(400)의 일부를 도시하여 마이크로웰 플레이트(420)의 추가 피처들을 도시한다. 예를 들면, 도 36은 마이크로웰 플레이트(420)가 그의 우측에 공동(426)을 포함하고, 공동의 전방 단부로부터 그의 후방 단부로 공동(426)의 하부 단부를 가로질러 수평으로 연장되는 전기 전도성 트랙들 또는 리드들(428)의 세트를 포함하는 것을 도시한다. 도 37은 미세 유체 시스템(400)의 나머지로부터 분리된 마이크로웰 플레이트(420)의 후방 사시도를 도시한다. 도 37에 도시된 바와 같이, 마이크로웰 플레이트(420)는 그의 우측에 공동(426) 및 그의 좌측에 복수의 마이크로웰들(430)의 어레이를 포함한다.
공동(426)은 직사각형 프리즘을 포함하는 기하학적 형상을 가지고, 미세 유체 칩(418)의 대응하는 치수들과 일치하거나, 동일하거나 유사한 수직 깊이, 수평 길이, 및 수평 폭을 포함하는 치수들을 갖는다. 도 37에 도시된 바와 같이, 공동(426)의 전면 단부는 플레이트(420)의 전면 단부에 대해 다시 설정되고, 공동(426)의 우측 단부는 플레이트(420)의 우측 단부에 대해 내측으로 설정되고, 공동(426)의 후방 단부는 플레이트(420)의 후방 단부까지 연장되고 일치하고, 공동(426)의 좌측 단부는 플레이트의 우측 단부로부터 플레이트의 좌측 단부를 향해 플레이트(420)의 폭을 가로지르는 거리의 1/3과 1/2 사이에 위치한다. 따라서, 공동은 그의 후방 단부로부터 그의 전방 단부를 향해 플레이트(420)로 연장되는 슬롯 또는 확대된 홈을 형성한다. 사용시, 미세 유체 칩(418)은 공동(426)의 하부 표면이 칩(418)의 하부 표면에서 미세 유체 채널(418b)을 향하고 미세 유체 채널(418b)에 의해 형성된 경로들 및 챔버들의 하부 또는 하위 경계를 정하거나 형성하도록 공동(426) 내에 위치될 수 있다.
도 37은 또한 플레이트(420)가 공동(426)의 하부 단부 또는 하부 표면에 형성된 복수의 채널들(432)을 포함하는 것을 예시한다. 예시된 구현에서, 플레이트(420)는 4개의 그러한 채널들(432)을 포함한다. 채널들(432) 각각은 공동(426)의 바닥 또는 하부 표면으로부터 플레이트(420)로 아래로 더 크고 더 넓은 하부 종단부로 연장되는 비교적 좁은 상부 종단부를 포함한다. 예시된 구현에서, 채널들(432)의 각각의 상단부는 단면이 직사각형이고, 채널들(432)의 각각의 하단부는 단면이 정사각형이지만, 대안적인 구현들에서, 피처들이 상이한 형상들을 가질 수 있다. 채널들(432) 중 각각은 근접한 위치로부터 플레이트(420)를 통해 수평으로 전후방으로 연장되고, 플레이트(420)의 전방 단부로부터 플레이트(420)의 후방 단부에 이르기까지 다시 설정된다.
복수의 마이크로웰들(430)의 어레이는 임의의 적절한 수의 개별 마이크로웰들(430)을 포함할 수 있다. 예시된 구현에서, 마이크로웰들(430)의 어레이는 112개의 마이크로웰들(430)을 포함하고, 이는 전후방으로 연장되는 14개의 동일 간격의 행들 및 플레이트(420)를 가로질러 좌우로부터 연장되는 8개의 동일 간격의 열들로 배열된다. 도 37에 도시된 바와 같이, 마이크로웰들(430)의 어레이의 전단은 플레이트(420)의 전방 단부에 대해 다시 설정되고, 마이크로웰들의 어레이(430)의 좌측 단부는 플레이트(420)의 좌측 단부에 대해 내측으로 설정되고, 마이크로웰들의 어레이(430)의 후방 단부는 플레이트(420)의 후방 단부에 대해 전방으로 설정되고, 마이크로웰들의 어레이(430)의 좌측 단부는 플레이트(420)의 좌측 단부로부터 플레이트(420)의 우측 단부를 향해 플레이트(420)의 폭을 가로지르는 거리의 2/3와 1/2 사이에 위치된다.
도 37은 또한 플레이트(420)가 플레이트(420)의 전방 및 후방 단부들 각각으로부터 수평으로 전방 및 후방으로 연장되는 복수의 암들(arms) 또는 노브들 또는 돌출부들(434)을 포함하는 것을 도시한다. 예시된 구현에서, 플레이트(420)는 플레이트(420)의 후방 단부로부터 후방으로 연장되는 2개의 돌출부들(434) 및 플레이트(420)의 전방 단부로부터 전방으로 연장되는 2개의 돌출부들(434)을 포함한다.
도 38은 트레이(422) 및 전기 전도성 리드들(428)의 추가의 특징들을 예시하기 위해 미세 유체 칩(418) 및 미세 웰 플레이트(420)가 제거된 미세 유체 시스템(400)의 일부를 도시한다. 예를 들면, 도 38은 트레이(422)가 측 대 측 및 좌우로 연장되고 수평 작동 시스템(424)에 연결된 제 1의 수직 레그 부분(440a) 및 제 1의 수직 레그 부분(440a)에 직각으로 배열된 제 2의 수평 레그 부분(440b)을 갖는 앵글 브래킷(angle bracket; 440)을 포함하는 것을 도시한다. 트레이(422)는 또한 브래킷(440)의 수평 레그 부분(440b)의 전방 단부의 상부 표면에 결합된 전방 레일(436) 및 브래킷(440)의 수평의 레그 부분(440b)의 후방 단부의 상부 표면에 결합된 후방 레일(438)을 포함한다. 전방 및 후방 레일들(436, 438)은 브래킷(440)의 상부 표면을 따라 평행하고 측 대 측 및 좌우로 연장된다.
도 38에 도시된 바와 같이, 전방 및 후방 레일들(436, 438) 각각은 플레이트(420)의 돌출부와 정합하여 플레이트(420)를 전방 및 후방 레일들(436, 438) 사이에 브래킷(440)의 상부 표면에 잠금하거나 고정시키도록 구성된 복수의 리세스들 또는 홈들(442)을 포함한다. 예를 들면, 후방 레일(438)은 그의 전방면으로부터 레일(438)로 부분적으로 후방으로 연장되는 2개의 홈들(442)을 포함한다. 예시된 구현에서, 후방 레일(438)의 홈들(442)의 각각은 또한 그의 상단부에서 하단부로, 및 이후 레일(438)의 하단부를 따라 왼쪽으로부터 오른쪽으로 레일(438)을 통해 및 레일(438)로 아래로 연장된다. 다른 예로서, 전방 레일(436)은 그의 후면으로부터 레일(436)로 부분적으로 전방으로 연장되는 2개의 홈들(442)을 포함한다. 예시된 구현에서, 전방 레일(436)의 홈들(442)의 각각은 또한 그의 상단부로부터 그의 하단부로, 이후 레일(436)의 하단부를 따라 왼쪽에서 오른쪽으로 레일(436)을 통해 및 그로 아래로 연장된다.
플레이트(420)를 트레이(422)에 고정시키기 위해, 플레이트(420)는 그의 돌출부들(434)이 홈들(442)과 정렬되도록 트레이(422) 위에 위치된다. 플레이트(420)의 하부면이 트레이(422)의 브래킷(440)의 수평 레그(440b)의 상부 표면상에 놓일 때까지, 돌출부(434)가 홈들(442)을 통해 아래로 이동함에 따라, 플레이트(420)는 전방 및 후면 레일들(436, 438) 사이에서 트레이(422)상의 위치로 낮아질 수 있다. 플레이트(420)는 이후 돌출부들(434)이 홈들(442)을 통해 오른쪽으로 이동하여 이후 플레이트(420)를 트레이(422)에 고정시키도록 오른쪽으로 이동된다.
도 38은 또한 플레이트(420) 및 칩(418)이 트레이(422)에 고정될 때 전기 전도성 트랙들 또는 리드들(428)의 위치를 도시한다. 전도성 리드들(428)의 각각은 리드(428)의 상단부로부터 그의 더 크고, 더 넓은 하단부로 아래쪽으로 연장되는 비교적 좁은 상단부를 포함한다. 전도성 리드들(428)의 각각의 상단부는 단면이 직사각형이고 채널들(432)의 상단부의 크기 및 형상에 대응하는 크기 및 형상을 갖고, 전도성 리드들(428)의 각각의 하단부는 단면이 정사각형이고 채널들(432)의 하단부들의 크기 및 형상에 대응하는 크기 및 형상을 갖는다. 따라서, 각각의 전도성 리드(428)는 채널들(432) 중 각각의 하나 내에 꼭 맞도록 위치될 수 있다. 전도성 리드들(428)의 각각은 가장 가까운 위치로부터 전방 레일과 후방 레일(436, 438) 사이에서 수평으로 전후로 연장되어 전방 레일(436)의 후방 단부로부터 후방 레일(438)의 전방 단부까지 후방으로 설정된다. 사용시, 전도성 리드들(428)은 일반적으로 플레이트(420)가 존재하지 않는 도 38에 도시된 위치들에 위치되지 않지만, 전도성 리드들(428)은 명확성 및 예시를 위해 플레이트(420)가 제거된 도 38에 이러한 위치들에 도시된다.
도 39는 트레이(422)의 추가 특징들을 예시하기 위해 미세 유체 칩(418), 미세 웰 플레이트(420), 및 전도성 리드들(428)이 제거된 미세 유체 시스템(400)의 부분을 도시한다. 예를 들면, 도 39는 트레이(422)가 전기 전도성 단자들(444)의 세트를 포함하고, 이들 각각은 후방 레일(438) 내 스프링에 의해서와 같이 후방 레일(438)로부터 전방으로 바이어싱되고 후방 레일(438)에 장착된 전도성 볼을 포함할 수 있는 것을 도시한다. 단자들(444)은 미세 유체 시스템(400)을 작동시키도록 구성된 제어 시스템에 전기적으로 연결될 수 있어서, 제어 시스템은 전도성 리드들(428)의 각각에 공급된 전압들 및/또는 전류들을 제어할 수 있다.
도 36 및 도 37에 도시된 바와 같이, 전도성 리드들(428)은 플레이트(420)를 통해 연장되고 플레이트(420)의 공동(426)에 노출된다. 따라서, 전도성 리드들(428)은 또한 미세 유체 칩(418)의 하나 이상의 마이크로 채널들(418b) 및/또는 하나 이상의 웰들(418a)에 노출될 수 있다. 따라서, 제어 시스템은, 본 명세서에 기술된 미세 유체 시스템들의 임의의 구현들에 따라서와 같이, 마이크로 유체 칩(418) 내의 유체들, 생물학적 샘플들, 및/또는 다른 재료들의 처리를 제어하기 위해서와 같이, 전도성 리드들(428)에 공급되는 전압들 및/또는 전류들을 제어하도록 구성될 수 있다.
도 39는 전력, 뿐만 아니라 앵글 브래킷(448) 및 자석(450)으로부터와 같이, 미세 유체 시스템(400)이 전기 모터, 서보 모터, 또는 토크를 발생시킬 수 있는 임의의 다른 적절한 액추에이터를 포함할 수 있는 제 1 액추에이터(446)를 포함하는 회전 작동 시스템을 포함하는 것을 또한 도시한다. 제 1 액추에이터(446)는, 예를 들면, 트레이(422) 아래, 플레이트(420)가 트레이(422)에 고정될 때 트레이(422) 아래, 및 칩(418)이 플레이트(420)의 공동(426) 내에 위치되고 플레이트(420)가 트레이(422)에 고정될 때 칩(418) 아래 위치에 하우징(402)의 하부 플레이트(404)의 상부 표면에 견고하게 고정될 수 있다.
제 1 액추에이터(446)의 출력 또는 구동 로드(driven rod)는 앵글 브래킷(448)에 견고하게 결합되고, 앵글 브래킷(448)은 제 1 암(448a) 및 그의 제 1 암(448a)과 같은 제 1 암(448a)에 수직인 제 2 암(448b)을 포함한다. 제 1 액추에이터(446)는, 제 1 암(448a)이 액추에이터(446)의 출력의 오른쪽으로 연장되는, 도 39에 도시된, 제 1 위치로부터, 제 1 암(448a)이 액추에이터(446)의 출력으로부터 위쪽으로 연장되는 제 2 위치로, 제 1 암(448a)이 액추에이터(446)의 출력의 왼쪽으로 연장되는 제 3 위치로, 및 원래대로 또는 그러한 이동 범위의 일부 더 작은 부분을 통해 전후로 연장되는 수평 축에 대하여 회전하도록 제 1 암(448a)을 회전시키는 토크를 생성할 수 있다.
앵글 브래킷(448)의 제 2 암(448b)은 후방으로 연장되도록 직각으로 제 1 암(448a)에 고정될 수 있다. 따라서, 제 1 암(448)이 상방으로 연장될 때, 제 2 암(448b)은 액추에이터(446) 바로 위에서 후방으로, 및 트레이(422)의 아래에서 전후로 수평으로, 플레이트(420)가 트레이(422)에 고정될 때, 플레이트(420) 아래에서 및 칩(418)이 플레이트(420)의 공동(426) 내에 위치되고 플레이트(420)가 트레이(422)에 고정될 때 칩(418) 아래에 연장된다. 자석(450)은, 앵글 브래킷(448)이 액추에이터(446)로부터 상방으로 연장될 때, 자석(450)이 제 2 암(448b)의 상단에 있고 트레이(422)에 인접하도록 앵글 브래킷(448)의 제 2 암(448b)에 고정된다.
회전 작동 시스템 및 그의 제 1 액추에이터(446)는 제어 시스템에 전기적으로 또는 그와 달리 통신 가능하게 연결될 수 있고, 제어 시스템이 플레이트(420) 및 칩(418)이 트레이(422)에 고정될 때, 액추에이터(446), 트레이(422), 플레이트(420), 및 칩(418)에 대한 자석(450)의 회전을 제어할 수 있도록, 제어 시스템이 제 1 액추에이터(446)를 작동시키도록 구성될 수 있다. 따라서, 제어 시스템은, 본 명세서에 기술된 미세 유체 시스템들의 임의의 실시예들에 따라서와 같이, 자석(450) 및 자석(450)에 의해 생성된 자기장의 이동을 제어하여, 예를 들면, 미세 유체 칩(418) 내의 유체들, 생물학적 샘플들, 및/또는 다른 재료들의 처리를 제어하도록 구성될 수 있다.
도 40은 수평 작동 시스템(424)을 포함하는 다른 구성요소들을 더 상세히 설명하기 위해 미세 유체 칩(418), 미세 웰 플레이트(420), 전도성 리드들(428), 및 트레이(422)가 제거된 미세 유체 시스템(400)의 사시도를 도시한다. 도 40에 도시된 바와 같이, 수평 작동 시스템(424)은 전기 모터, 서보 모터, 또는 전력으로부터와 같은 토크를 발생시킬 수 있는 임의의 다른 적절한 제 2 액추에이터(452)를 포함한다. 수평 작동 시스템(424)은 또한 제 2 액추에이터(452)에 견고하게 고정되고 결합되고 액추에이터(452)로부터 측 대 측으로 오른쪽으로 연장되는 긴 가이드 레일(454)을 포함한다. 제 2 액추에이터(452) 및 가이드 레일(454)은 트레이(422) 아래 위치에서 하우징(402)의 하부 플레이트(404)의 상면에 견고하게 고정될 수 있다.
수평 작동 시스템(424)은 제 2 액추에이터(452)의 출력 또는 구동 로드에 연결된 나사형 로드(456)를 또한 포함한다. 제 2 액추에이터(452)는 나사형 로드(456)를 그의 자신의 중심 종축에 관하여 회전시키는 토크를 생성할 수 있고, 이는 제 2 액추에이터(452)로부터 트레이(422)의 오른쪽 및 트레이(422)의 아래쪽을 향하여 측 대 측으로 연장되는 수평축이다. 수평 작동 시스템(424)은 또한 이동 블록(458)을 포함하고, 이동 블록(458)은 가이드 레일(454)의 길이를 따라 좌우로 선형으로 이동할 수 있도록 이동 블록(458)이 가이드 레일(454)에 고정되어 장착된다. 예를 들면, 이동 블록(458)은 그의 언더컷 부분들과 같은 하나 이상의 홈들을 포함할 수 있고, 가이드 레일(454)은 릿지들(ridges)이 이동 블록(458)을 가이드 레일(454)에 고정하기 위한 홈들 내에 위치될 수 있도록 홈들의 형상에 대응하는 형상들을 갖는 하나 이상의 릿지들을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 가이드 레일(454)은 그의 언더컷 부분들과 같은 하나 이상의 홈들을 포함할 수 있고, 이동 블록(458)은 릿지들이 이동 블록(458)을 가이드 레일(454)에 고정하기 위한 홈들 내부에 위치될 수 있도록 홈들의 형상에 대응하는 형상들을 갖는 하나 이상의 릿지들을 포함할 수 있다.
도 40에 도시된 바와 같이, 나사형 로드(456)는 이동 블록(458)을 통해 연장되는 도관(conduit)을 통해 연장된다. 일부 구현들에서, 이동 블록(458)을 통해 연장되는 도관은 나사형 로드(456)의 나사산에 대응하는 도관의 나사산과 함께 나사산이 형성되고, 도관의 나사산들은 나사형 로드(456)의 나사산들과 맞물리고 서로 맞물릴 수 있다. 따라서, 이들 나사산들의 맞물림 및 이동 레일(458)과 가이드 레일(454)의 맞물림에 의해, 액추에이터(452)가 토크를 생성하고 나사형 로드(456)의 회전을 유도할 때, 나사형 로드(456)의 회전은 측 대 측으로 가이드 레일(454)의 길이를 따라 이동 블록(458)의 선형 이동을 유도한다. 나사형 로드(456)를 시계 방향 또는 반시계 방향과 같은 제 1 방향으로 회전시킴으로써, 나사형 로드(456)는 이동 블록(458)이 오른쪽 또는 왼쪽과 같은 제 1 방향으로 이동하게 할 수 있다. 나사형 로드(456)를 시계 방향 또는 반시계 방향과 같은 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 회전시킴으로써, 나사형 로드(456)는 이동 블록(458)이 예를 들면, 오른쪽 또는 왼쪽과 같은 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 이동하게 할 수 있다.
도 39 및 도 40에 도시된 바와 같이, 트레이(422)는 접착제 또는 스크류들(screws) 또는 볼트들(460)과 같은 복수의 기계식 패스너들에 의해서와 같이 이동 블록(458)에 견고하게 결합되고 고정될 수 있다. 따라서, 이동 블록(458)의 이동은 트레이(422), 및 따라서 마이크로웰 플레이트(420)의 및 미세 유체 칩(418)의 대응 또는 매칭 이동을 유도할 수 있다. 따라서, 액추에이터(452)는 시스템(400) 내에서 마이크로웰 플레이트(420) 및 마이크로 유체 칩(418)을 측 대 측 및 좌우로 이동시키기 위해 본 명세서에 기술된 바와 같이 사용될 수 있다. 수평 작동 시스템(424) 및 그의 제 2 액추에이터(452)는 제어 시스템에 전기적으로 또는 그와 달리 통신 가능하게 연결될 수 있고, 제어 시스템은 플레이트(420) 및 칩(418)이 트레이(422)에 고정될 때 마이크로웰 플레이트(420) 및 미세 유체 칩(418)의 수평 및 좌우 이동을 제어할 수 있도록 제어 시스템은 제 2 액추에이터(452)를 작동시키도록 구성될 수 있다.
도 41은 다른 구성요소들을 더 명확하게 설명하기 위해 회전 작동 시스템 및 수평 작동 시스템(424)을 포함하는 추가 구성요소들을 제거한 도 40에 도시된 바와 같은 미세 유체 시스템(400)의 사시도를 도시한다. 도 41에 도시된 바와 같이, 미세 유체 시스템(400)은 수직 작동 시스템(462), 마이크로피펫 시스템(464), 마이크로피펫 시스템(464)의 일부를 둘러싸는 크래들(466), 및 마이크로피펫 시스템 (464)의 작동의 적어도 일부를 제어하도록 구성된 펌프 시스템(468)을 포함한다. 도 41에 도시된 바와 같이, 수직 작동 시스템(462)은 전기 모터, 서보 모터, 또는 전력으로부터와 같은 토크를 발생시킬 수 있는 임의의 다른 적절한 제 3 액추에이터(470)를 포함한다. 수직 작동 시스템(462)은 제 2 액추에이터(470)에 견고하게 고정되고 결합되고 액추에이터(470)로부터 상하로 및 위쪽으로 연장되는 긴 가이드 레일(472)을 또한 포함한다. 제 2 액추에이터(470)는, 예를 들면, 수평 작동 시스템(424) 뒤의 위치에서 하우징(402)의 하부 플레이트(404)의 상부 표면에 견고하게 고정될 수 있다.
수직 작동 시스템(462)은 또한 제 3 액추에이터(470)의 출력 또는 구동 로드에 결합된 나사형 로드(474)를 포함한다. 제 3 액추에이터(470)는 나사형 로드(474)를 그 자신의 중심 종축에 관하여 회전시키는 토크를 생성할 수 있고, 이는 위쪽을 향해 제 3 액추에이터(470)로부터 상하로 연장되는 수직축이다. 수직 작동 시스템(462)은 또한 이동 블록(476)을 포함하고, 이동 블록(476)은 가이드 레일(472)에 고정되어 장착되어 이동 블록(476)이 가이드 레일(472)의 길이를 따라 선형으로 상하로 이동할 수 있다. 예를 들면, 이동 블록(476)은 그의 언더컷 부분과 같은 하나 이상의 홈들을 포함할 수 있고, 가이드 레일(472)은 홈들의 형상들에 대응하는 형상들을 갖는 하나 이상의 릿지들을 포함할 수 있어서, 릿지들이 이동 블록(476)을 가이드 레일(472)에 고정하기 위한 홈들 내부에 위치될 수 있다. 다른 예로서, 가이드 레일(472)은 그의 언더컷 부분들과 같은 하나 이상의 홈들을 포함할 수 있고, 이동 블록(476)은 홈들의 형상들에 대응하는 형상들을 갖는 하나 이상의 릿지들을 포함할 수 있어서, 릿지들이 이동 블록(476)을 가이드 레일(472)에 고정하기 위한 홈들 내부에 위치될 수 있다.
도 41에 도시된 바와 같이, 나사형 로드(474)는 이동 블록(476)을 통해 연장되는 도관을 통해 연장된다. 일부 구현들에서, 이동 블록(476)을 통해 연장되는 도관은 나사산이 형성되고, 도관의 나사산들은 나사형 로드(474)의 나사산들에 대응하고, 도관의 나사산들은 나사형 로드(474)의 나사산과 맞물리고 연동될 수 있다. 따라서, 이들 나사산들의 맞물림 및 가이드 레일(472)과 이동 블록(476)의 맞물림에 의해, 액추에이터(470)가 토크를 생성하고 나사형 로드(474)의 회전을 유도할 때, 나사형 로드(474)의 회전은 가이드 레일(472)의 길이를 따라 상하로 이동 블록(476)의 선형 이동을 유도한다. 나사형 로드(474)를 시계 방향 또는 반시계 방향과 같은 제 1 방향으로 회전시킴으로써, 나사형 로드(474)는 이동 블록(476)이 위 또는 아래와 같은 제 1 방향으로 이동하게 할 수 있다. 나사형 로드(474)를 시계 방향 또는 반시계 방향과 같은 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 회전시킴으로써, 나사형 로드(474)는 이동 블록(476)이 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로, 예를 들면, 위 또는 아래로 이동하게 할 수 있다.
도 42는 명확성을 위해 시스템(400)의 다른 구성요소들이 제거된 수직 작동 시스템(462)의 구성요소들을 도시한다. 도 42에 도시된 바와 같이, 이동 블록(476)은 가이드 레일(472) 및 나사형 로드(474)에 결합된 본체, 및 본체로부터 전방으로 연장되는 바 또는 암(478)을 포함한다. 도 42에 도시된 바와 같이, 이동 블록(476)은 또한 암(478)의 상단면에 회전 가능하게 결합된 래치(480)를 포함한다. 래치(480)는 그의 제 1 후방 단부에 확대 패들(enlarged paddle; 480a) 및 제 2 전단에 치형부(tooth; 480b)를 포함한다. 래치(480)는 패들(480a)이 암(478)의 상단면으로부터 멀어지도록 회전하고 치상부(480b)가 암(478)의 상단면을 향해 회전하도록 스프링에 의해서와 같이 바이어스될 수 있다. 작동시, 조작자 또는 기술자는 패들(480a)을 아래로 눌러 바이어스를 극복하고, 패들(480a)을 암(478)의 상단면쪽으로 회전시키고 치상부(480b)를 암(478)의 상단면으로부터 멀어지게 회전시킬 수 있다.
도 43은 더 명확성을 위해 시스템(400)의 다른 구성요소들이 제거된 마이크로피펫 시스템(464)을 도시한다. 도 43에 도시된 바와 같이, 마이크로피펫 시스템(464)은 복수의 개별 마이크로피펫들(482)을 포함하고, 이들 각각은 각각의 마이크로피펫 도관(482b)에 결합된 각각의 마이크로피펫 팁(482a)을 포함한다. 도 43에 도시된 바와 같이, 마이크로피펫 시스템(464)은 또한 수평 연장 지지 바 또는 암(484)을 포함하고, 이를 통해 그의 마이크로피펫 팁들(482a)과 같이 마이크로피펫들(482)의 각각은 연장된다. 지지 암(484)은 마이크로피펫 팁들(482a)을 수직 방향으로 유지할 수 있고, 마이크로피펫 팁들(482a)을 측 대 측으로 연장된 8개의 동일 간격의 행과 지지 암(484)을 가로질러 앞뒤로 연장된 2개의 이격된 열들을 갖는 어레이 또는 그리드로 유지할 수 있다.
도 43에 도시된 바와 같이, 지지 암(484)은 중공형이고 그의 후방 단부에 개구(486)를 갖는다. 개구(486)는 암(478)이 개구(486)로 그리고 개구(486)를 통해 중공 지지 암(484)로 삽입될 수 있는 크기 및 치수들을 갖는다. 지지 암(484)은 또한 개구(486) 위의 그의 후방 단부에서 지지 암(484)의 상단면으로 하향 연장되는 리세스, 함몰부 또는 작은 홈(488)을 포함한다. 따라서, 수직 작동 시스템(462)에 마이크로피펫 시스템(464)을 설치하기 위해, 조작자 또는 기술자는 래치(480)의 패들(480a)을 아래로 누르고, 암(478)을 개구(486)로 중공 지지 암(484)으로 삽입하고, 이후 패들(480a)을 해제하여 패들(480a)은 래치(480)의 치상부(480b)가 홈들(488)로 이동하여 홈들(488) 내에 안착되게 하여, 그에 의해 마이크로피펫 시스템(464)의 지지 암(484)을 수직 작동 시스템(462)의 암(478)에 고정 및 잠금시킬 수 있다.
따라서, 이동 블록(476)의 이동은 지지 암(484) 및 그에 따라 마이크로피펫 팁들(482a)의 대응 또는 매칭 이동을 유도할 수 있다. 따라서, 액추에이터(470)는 시스템(400) 내에서 마이크로피펫 팁들(482a)을 상하로 이동시키기 위해 본 명세서에 기술된 바와 같이 사용될 수 있다. 도 30 내지 도 34에 도시된 바와 같이, 마이크로피펫 시스템(464)은 마이크로피펫 팁들(482a)이 마이크로 유체 칩(418) 또는 마이크로웰 플레이트(430)의 웰들의 어레이(430)에서 트레이(422) 바로 위에 및/또는 웰(418a) 바로 위에 위치되도록 시스템(400) 내에 설치될 수 있다. 수직 작동 시스템(462) 및 그의 액추에이터(470)는 제어 시스템에 전기적으로 또는 그와 달리 통신 가능하게 연결될 수 있고, 마이크로피펫 시스템(464)이 시스템(400) 내에 설치되고 지지 암(484)은 암(478)에 결합될 때, 제어 시스템은 마이크로피펫 팁들(482a)의 수직 이동을 제어할 수 있도록 액추에이터(470)를 작동시키도록 구성될 수 있다.
도 43은 또한 마이크로피펫 시스템(464)이 전체 정사각형 또는 직사각형 형상을 가질 수 있는 외부 프레임(492)을 포함하는 카트리지(490)를 포함하는 것을 도시한다. 도 43에 도시된 바와 같이, 외부 프레임(492)은 유체 커넥터(494)의 수형부, 뿐만 아니라 다른 구성요소의 돌출부들 또는 노브들이 삽입되어 카트리지(490)를 그에 고정시킬 수 있는 복수의 개구들(496)을 포함한다. 각각의 마이크로피펫 팁들(482a)에 대향하는 마이크로피펫 도관들(482b) 각각의 단부들은 카트리지(490)로 그를 통해 연장되어, 유체 커넥터(494)의 수형부의 각각의 포트에서 종결된다.
도 41 및 도 44에 도시된 바와 같이, "가열 조립체"로도 지칭될 수 있는 크래들(466)은 크래들(466)의 다양한 다른 구성요소들이 지지될 수 있는 암 또는 포스트 또는 스탠드(498)를 포함한다. 크래들(466)의 스탠드(498)는, 예로서, 트레이(422) 뒤, 플레이트(420), 및/또는 칩(418) 뒤를 포함하여, 수평 작동 시스템(424) 뒤의 위치에서와 같이, 수평 작동 시스템(424)의 가이드 레일(454)의 후방 단부면에 견고하게 고정될 수 있다. 도 41 및 도 44에 또한 도시된 바와 같이, 스탠드(498)는 접착제 또는 스크류들 또는 볼트들(500)과 같은 복수의 기계식 패스너들에 의해 가이드 레일(454)에 견고하게 결합되고 고정될 수 있다.
도 41 및 도 44에 도시된 바와 같이, 크래들(466)은 위쪽으로 및 전후로 연장되는 고정판 또는 측벽(502) 및 측벽(502)의 하단부에 위치되고 측벽(502)의 우측을 향해 연장되고 그를 향하는 힌지의 구성요소들(504)을 포함한다. 크래들(466)은 또한 수평 및 전후로 연장되는 16개의 개별 홈들 또는 채널들(508)을 포함하는 열 전달 블록(506)을 포함하고, 채널들(508)의 각각은 반원형 단면 형상을 갖는다. 크래들(466)은 또한 측벽(502)의 오른쪽을 향한 표면으로부터 오른쪽으로 연장되고, 측벽(502)의 오른쪽을 향한 표면을 통해 그들 자신의 각각의 중앙 종축들을 따라 수직 및 상하로 연장되는 한 쌍의 바들(510)을 포함한다.
또한 도 41 및 도 44에 도시된 바와 같이, 크래들(466)은 바들(510)에 결합되고, 측벽(502)에 대하여 측 대 측 및 좌우로 및 측벽(502)의 우측을 향하는 표면 내외로 움직이도록 바들(510)을 작동시키도록 구성되는 복수의 솔레노이드 액추에이터들(512)을 포함한다. 도 41 및 도 44에 또한 도시된 바와 같이, 크래들(466)은 열 전달 블록(506)으로부터 왼쪽으로 향하는 타인들(tines) 또는 치상부들을 가지는 열 싱크(514)를 포함한다. 크래들(466)은 또한 하나 이상의 가열 시스템들을 포함할 수 있고, 이는 열 전달 블록(506)과 통합되거나, 히트 싱크(514)와 통합되거나, 또는 열 전달 블록(506)과 히트 싱크(514) 사이에 위치될 수 있다. 일부 구현들에서, 가열 시스템은 고체 상태 열 펌프 또는 열전 열 펌프(thermoeletric heat pump)와 같은 열 펌프, 또는 펠티에 장치(Peltier device), 펠티에 히터(Peltier heater), 또는 펠티에 열 펌프(Peltier heat pump)를 포함할 수 있다. 열 전달 블록(506)은 구리 또는 다른 고열 전도성 재료(들)로 제조될 수 있다.
도 41 및 도 45는 크래들(466)의 힌지형 도어(hinged door) 또는 힌지형 측벽(516)의 사시도들을 도시한다. 도 41 및 도 45에 도시된 바와 같이, 힌지형 측벽(516)은 상방 및 전후방으로 연장되며 측벽(516)의 하단부에 위치되고 측벽(516)의 좌측을 향해 연장하고 대면하는 힌지의 구성요소들(518)을 포함한다. 구성요소들(518)은 구성요소들(504)과 결합되어 완전한 힌지를 형성하여 힌지형 측벽(516)이 힌지의 구성요소들(504 및 518)를 통해 전후방으로 연장되는 수평축에 관하여 고정 측벽(502)을 향하여 좌측 및 내측으로 또는 우측 및 외측으로 회전할 수 있다. 힌지형 측벽(516)은 또한 수평 및 전후로 연장되는 16개의 개별 홈들 또는 채널들(520)을 포함하고, 채널들(520)의 각각은 반원형 단면 형상을 갖는다.
또한 도 45에 도시된 바와 같이, 힌지형 측벽(516)은 개구들(496)에 대응하는 형상들을 갖는 복수의 돌출부들 또는 노브들 또는 페그들(pegs; 522)을 포함하여 노브들(522)이 개구들(496)로 삽입되어 카트리지(490)를 힌지형 측벽(516)에 고정시킬 수 있다. 또한 도 45에 도시된 바와 같이, 힌지형 측벽(516)은 유체 커넥터(524)의 암형부를 포함하고, 이는 복수의 포트들을 제공하고, 그의 각각은 유체 커넥터의 수형 부분의 포트들 중 각각의 것에 유동적으로 결합될 수 있다. 도 41에 도시된 바와 같이, 마이크로피펫 시스템(464)은 카트리지(490)가 크래들(466) 내에 그리고 고정 측벽(502)과 힌지형 측벽(516) 사이에 위치되도록 시스템(400) 내에 설치될 수 있다.
도 46은 더 큰 명확성을 위해 시스템(400)의 다른 구성요소들이 제거된 펌프 시스템(468)을 도시한다. 펌프 시스템(468)은 유압식 또는 공압식 펌프 시스템일 수 있고, "공기 처리 시스템"이라고도 지칭될 수 있다. 도 46에 도시된 바와 같이, 펌프 시스템(468)은 펌프 시스템(468)의 다른 구성요소들이 결합될 수 있는 고정 프레임(526)을 포함한다. 프레임(526)은, 예를 들면, 수평 작동 시스템(424) 뒤의 위치에서 하우징(402)의 하부 플레이트(404)의 상부 표면에 견고하게 고정될 수 있다. 도 46에 도시된 바와 같이, 펌프 시스템(468)은 전기 모터, 서보 모터, 또는 전력으로부터와 같은 토크를 발생시킬 수 있는 임의의 다른 적절한 제 4 액추에이터(528)를 또한 포함한다. 펌프 시스템(468)은 또한 제 4 액추에이터(528)의 출력 또는 구동 로드에 연결된 나사형 로드(530)를 포함한다. 제 4 액추에이터(528)는 제 4 액추에이터(528)로부터 상하로 및 위로 연장되는 수직 축인, 그 자신의 중심 종축에 관하여 나사형 로드(530)를 회전시키는 토크를 생성할 수 있다.
펌프 시스템(468)은 또한 이동 블록 또는 플레이트(532)를 포함하고, 이는 이동 블록(532)이 프레임(526)의 부분들을 따라 선형으로 상하로 이동할 수 있도록 프레임(526)에 고정되어 장착된다. 예를 들면, 이동 플레이트(532)는 그 안에 하나 이상의 구멍들 또는 개구들을 포함할 수 있고, 프레임(526)은 개구들의 형상들에 대응하는 단면 형상들을 갖는 하나 이상의 기둥들 또는 컬럼들을 포함할 수 있어서, 컬럼들은 이동 플레이트(532)를 프레임(526)에 고정시키기 위해 개구들 내에 위치될 수 있다. 나사형 로드(530)는 이동 플레이트(532)를 통해 연장되는 도관 또는 개구를 통해 연장된다. 일부 구현들에서, 이동 플레이트(532)를 통해 연장되는 도관은 나사산이 형성되고, 도관의 나사산들은 나사형 로드(530)의 나사산들에 대응하고, 도관의 나사산들은 나사형 로드(530)의 나사산들과 맞물리고 연동될 수 있다.
따라서, 이들 나사산들의 맞물림 및 프레임(526)과 이동 플레이트(532)의 맞물림에 의해, 액추에이터(528)가 토크를 생성하고 나사형 로드(530)의 회전을 유도할 때, 나사형 로드(530)의 회전은 플레이트(532)는 프레임(526)의 컬럼들의 높이를 따라 상하로 이동 플레이트(532)의 선형 운동을 유도한다. 나사형 로드(530)를 시계 방향 또는 반시계 방향과 같은 제 1 방향으로 회전시킴으로써, 나사형 로드(530)는 이동 플레이트(532)가 상하와 같은 제 1 방향으로 이동하게 할 수 있다. 나사형 로드(530)를 시계 방향 또는 반시계 방향과 같은 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 회전시킴으로써, 나사형 로드(530)는 이동 플레이트(532)가 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로, 예를 들면 위 또는 아래로 이동하게 할 수 있다.
도 46에 도시된 바와 같이, 펌프 시스템(468)은 또한 복수의(예를 들면, 8개의) 시린지 펌프들(534)을 포함하고, 각각은 각각의 펌프 배럴(534a) 및 각각의 펌프 배럴(534a)로 연장되는 각각의 펌프 플런저(534b)를 포함한다. 따라서, 펌프 시스템(468)은 또한 "8 채널 시린지 펌프"로 지칭될 수 있다. 펌프 플런저들(534b)의 각각은 이동 플레이트(532)에 결합되어 이동 플레이트(532)의 상방 이동이 펌프 플런저들을 상방으로 끌어당기고 펌프 플런저들(534b)을 각각의 펌프 배럴들(534a)로부터 후퇴시키고, 이동 플레이트(532)의 하향 이동이 펌프 플런저를 아래쪽으로 밀고 펌프 플런저(534b)를 각각의 펌프 배럴들(534a)로 연장한다. 도 46은 또한 펌프 시스템(468)이 시린지 펌프(534)의 각각에 대한 각각의 쌍의 도관들(536)을 포함하고, 각 쌍의 도관들(536)의 주입구는, 양방향 선택자 밸브에 의해, 시린지 펌프들(534)의 각각의 것의 유출구에 유동적으로 연결되고 도관들(536) 각각의 유출구는 유체 커넥터(524)의 암형부의 포트들의 각각의 것에 유동적으로 결합된다.
미세 유체 시스템(400)을 작동시키기 위해, 조작자 또는 기술자는 시스템(400)에 접근하여 하우징(402)의 전방부(414)을 하우징(402)의 나머지로부터 멀어지도록 회전시킴으로써 하우징(402)을 개방할 수 있다. 기술자는 마이크로 유체 칩(418)을 마이크로웰 플레이트(420)의 공동(426) 내에 위치시키고 이후 돌출부들(434)을 아래로 및 그후 홈들(442)을 따라 그를 통해 수평으로 마이크로웰 플레이트(420)를 트레이(422)에 고정시킴으로써 마이크로 유체 칩(418) 및 마이크로웰 플레이트(420)를 설치할 수 있다. 기술자는 이후 생물학적 샘플들 및 PCR 시약들과 같은 다른 재료들을 로딩할 수 있지만 처리에 따라 마이크로웰 플레이트(420)의 마이크로웰(430)의 어레이로 및/또는 마이크로 유체 칩(418)의 웰들(418a)에 수행될 수 있다. 일부 구현들에서, 이들 재료들은 qPCR, 겔 전기 영동, 또는 본 명세서에 기술된 임의의 다른 처리 기술들을 가능하게 하는 재료들을 포함할 수 있다. 일부 특정 구현들에서, 이들 재료들은 RNA 폴리머라제 또는 DNA 폴리머라제를 포함할 수 있고, PCR에 사용되는 호열성 유기체들(thermophilic organi는)의 다양한 DNA 폴리머라제들 중 임의의 것을 포함할 수 있고, 이는 "TAQ 폴리머라제"로 지칭될 수 있다.
기술자는 이후 마이크로피펫 시스템(464)을 설치할 수 있다. 마이크로피펫 시스템(464)을 설치하는 것은 크래들(466)의 힌지형 측벽(516)을 고정 측벽(502)으로부터 바깥쪽으로 회전시키고, 이후 측벽(502)의 노브들(522)을 카트리지(490)의 개구들(496)에 삽입함으로써 및 그의 유체 포트들을 포함하는 유체 커넥터(524)의 암형부 내에 그의 유체 포트를 포함하는 유체 커넥터(494)의 수형부를 고정시킴으로써 카트리지(490)를 힌지형 측벽(516)에 고정시키고, 이후 마이크로피펫 도관들(482b)이 열 전달 블록(506)의 홈들(508)과 힌지형 측벽(516)의 홈들(520) 사이에 크래들링되도록 고정식 측벽(502)과 힌지형 측벽(516) 사이에 카트리지를 고정하기 위해 고정식 측벽(502)을 향해 내부로 크래들(466)의 힌지형 측벽(516)을 회전시키는 것을 포함할 수 있다. 마이크로피펫 시스템(464)을 설치하는 단계는 또한 래치(480)의 패들(480a)을 아래로 누르고, 중공 지지 암(484)으로 개구(486)로 암(478)을 삽입하고, 이후 패들(480a)을 해제하여 래치(480)의 치상부(480b)가 홈(488)으로 이동하여 그 내에 안착되어, 마이크로피펫 시스템(464)의 지지 암(484)을 수직 작동 시스템(462)의 암(478)에 고정 및 잠금시키는 것을 포함할 수 있다.
이러한 동작들이 완료되면, 기술자는 하우징(402)의 전방부(414)를 하우징(402)의 나머지를 향해 회전시킴으로써 시스템(400)을 닫을 수 있다. 기술자는 이후 미세 유체 시스템(400)의 작동 및 생물학적 샘플들 또는 그 안의 다른 재료들의 처리를 개시하기 위해 버튼(416)을 정확히 단 한번만 누르거나 밀 수 있다. 일부 구현들에서, 조작자 또는 기술자는, 예를 들면, 비상 또는 다른 예기치 않은 환경 또는 상황이 발생할 경우, 처리 완료 전에 미세 유체 시스템(400)의 작동을 정지시키거나 중단시키기 위해 버튼(416)을 누를 수도 있다.
기술자가 버튼(416)을 눌러 미세 유체 시스템(400)의 작동을 개시하면, 미세 유체 시스템(400)은 재료들을 특정 방식들로 처리하기 위해 내부의 구성요소들의 이동 및 작동을 자동으로 제어할 수 있다. 예를 들면, 일부 구현들에서, 시스템(400)은 마이크로피펫 팁들(482a)이 원하는 재료들을 포함하는 마이크로웰 플레이트(420)의 마이크로웰들(430) 바로 위에 위치할 때까지 수평 작동 시스템(424)을 사용하여 트레이(422)를 수평으로 이동시킬 수 있다. 시스템(400)은 이후 수직 작동 시스템(462)을 사용하여 마이크로피펫 팁들(482a)이 마이크로웰 플레이트(420)의 마이크로웰(430)의 원하는 재료들 내에 위치할 때까지 마이크로피펫 팁들(482a)을 아래로 이동시킬 수 있다. 시스템(400)은 이후 제 4 액추에이터(528)를 사용하여 마이크로피펫 도관들(482b)로 원하는 재료들을 위로 끌어올리기 위해 시린지 펌프들(534)을 구동할 수 있다. 일반적으로, 이러한 방식으로 제 4 액추에이터(528)의 작동은 8개의 시린지 펌프들(534) 각각을 동시에 구동시킨다.
시스템(400)은 수직 작동 시스템(462)을 사용하여 마이크로피펫 팁들(482a)이 마이크로웰 플레이트(420) 위에 위치할 때까지 마이크로피펫 팁들(482a)을 위쪽으로 이동시킬 수 있다. 시스템(400)은 이후 수평 작동 시스템(424)을 사용하여 마이크로피펫 팁들(482a)이 재료들의 처리가 시작되는 미세 유체 칩(418)의 웰들(418a) 바로 위에 위치할 때까지 트레이(422)를 수평으로 이동시킬 수 있다. 시스템(400)은 수직 작동 시스템(462)을 사용하여 마이크로피펫 팁들(482a)이 미세 유동 칩(418)의 원하는 웰들(418a) 내에 위치할 때까지 마이크로피펫 팁들(482a)을 아래쪽으로 이동시킬 수 있다. 시스템(400)은 이후 제 4 액추에이터(528)를 사용하여 시린지 펌프(534)를 구동시켜 마이크로피펫 도관들(482b) 외부로 재료들을 웰들(418a)로 배출할 수 있다. 이러한 프로세스는 마이크로웰 플레이트(420)의 마이크로웰들(430)로부터 마이크로 유체 칩(418)의 웰들(418a)로 원하는 만큼의 재료들을 이동시키기 위해 반복될 수 있다.
재료들이 이러한 방식으로 웰들(418a)에 공급되면, 재료들은 본 명세서의 다른 곳에서의 이러한 처리의 설명에 따라서와 같이, 이러한 재료들로부터 오염물들을 분리 또는 제거하기 위해서와 같이, 미세 유체 칩(418) 내에서 다양한 처리 단계들을 겪을 수 있다. 이러한 처리 동안, 전기 전도성 리드들(428)은 전기장(들)을 생성하도록 에너지 공급될 수 있고, 및/또는 자석(450)은 자기장을 제공하도록 이동될 수 있고, 이는 처리되는 재료들과 상호 작용하고, 그에 의해 미세 유체 칩(418) 내에서의 그들의 거동에 영향을 미치고 미세 유체 칩(418)에서 이들 재료들의 처리를 보조한다. 이러한 처리가 완료되면, PCR 처리에 사용하기 위한 것과 같이 추가 처리를 위해 충분한 재료가 이용 가능한 것을 확인하기 위해 품질 관리 검사가 수행될 수 있다. 이러한 품질 관리 검사는 시스템(400)의 내부 또는 외부에서 수행될 수 있다.
시스템(400)은 수평 작동 시스템(424)을 사용하여 마이크로피펫 팁들(482a)이 원하는 재료를 포함하는 미세 유체 칩(418)의 웰들(418a) 바로 위에 위치할 때까지 트레이(422)를 수평으로 이동시킬 수 있다. 시스템(400)은 수직 작동 시스템(462)을 사용하여 미세 유체 팁들(482a)이 미세 유체 칩(418)의 웰들(418a) 내의 원하는 재료들 내에 위치할 때까지 미세 유체 팁들(482a)을 아래로 이동시킬 수 있다. 시스템(400)은 이후 제 4 액추에이터(528)를 사용하여 마이크로피펫 도관들(482b)로 원하는 재료들을 위로 끌어올리기 위해 시린지 펌프들(534)을 구동할 수 있다.
시스템(400)은 수직 작동 시스템(462)을 사용하여 마이크로피펫 팁들(482a)이 미세 유동 칩(418) 위에 위치할 때까지 마이크로피펫 팁들(482a)을 위쪽으로 이동시킬 수 있다. 시스템(400)은 수평 작동 시스템(424)을 사용하여, PCR 시약들과 같은 추가의 원하는 재료들이 위치할 때까지, 마이크로피펫 팁들(482a)이 마이크로웰 플레이트(420)의 마이크로웰들(430) 바로 위에 위치할 때까지, 트레이(422)를 수평으로 이동시킬 수 있다. 시스템(400)은 이후 수직 작동 시스템(462)을 사용하여 마이크로피펫 팁들(482a)이 마이크로웰 플레이트(420)의 원하는 마이크로웰(430) 내에 위치할 때까지 아래쪽으로 이동시킬 수 있다. 시스템(400)은 이후 원하는 재료들이 도관들(482b) 내부에서 서로 혼합되어 카트리지(490) 내부의 도관들(482b)의 부분들에 위치할 때까지와 같이, 마이크로피펫 도관들(482b)로 PCR 시약들과 같은 원하는 재료들을 위로 끌어올리기 위해 시린지 펌프들(534)을 구동하기 위해 제 4 액추에이터(528)를 사용할 수 있다.
원하는 재료들이 카트리지(490) 내부의 마이크로피펫 도관들(482b)의 부분들 내에 위치되면, 솔레노이드 액추에이터들은, 바들(510)이 카트리지(490) 내부에 위치한 마이크로피펫 도관들(482b)의 부분들로부터 임의의 재료들이 빠져나가는 것을 방지하기 위해 2개의 위치들에서 마이크로피펫 도관들(482b)의 각각을 핀치할 때까지, 바(510)를 측벽(502)의 우측을 향한 표면의 외부로 및 힌지형 측벽을 향해 이동시키기 위해 사용될 수 있다. 크래들(466) 내의 히터는 이후 카트리지(490) 내부의 도관들(482b)의 부분들 내에 유지된 재료들을 가열하여 화학적 반응들 또는 그 안의 다른 처리 단계들을 가능하게 하기 위해 사용될 수 있다. 일부 경우들에서, 이는 도관들(482b)에 일정한 열 흐름을 발생시키기 위해 히터를 사용하는 것을 포함하고, 다른 경우들에서, 이는 도관들(482b)에 주기적 열 흐름을 제공하기 위해 히터를 순환시키는 것을 포함한다. 일부 구현들에서, 도관들(482b)은 열을 재료들로 더 효과적으로 전도시키기 위해 열 전도성 플라스틱으로 만들어진다.
예로서, 열은 카트리지(490) 내부의 도관들(482b)의 부분들에서 일어나는 PCR 반응을 촉진할 수 있다. 이러한 처리가 완료되면, 크래들(466) 내의 히터는 카트리지(490) 내부의 도관들(482b)의 부분들 내에 유지된 재료들의 가열을 중단하기 위해 꺼질 수 있고, 솔레노이드 액추에이터들은, 바들(510)이 마이크로피펫 도관들(482b)을 더 이상 핀치하지 않을 때까지, 측벽(502)의 우측을 향한 표면으로 그리고 힌지형 측벽(516)으로부터 멀리, 바(510)를 좌측으로 이동시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 처리가 완료되면, PCR 처리와 같은 처리가 성공적이거나 특정 성능 표준들을 충족했다는 것을 확인하기 위해 품질 관리 검사가 수행될 수 있다. 이러한 품질 관리 검사는 시스템(400)의 내부 또는 외부에서 수행될 수 있다.
시스템(400)은 이후 마이크로피펫 팁들(482a)이 미세 유체 플레이트(420)의 웰들(430) 바로 위에 위치할 때까지 수평 작동 시스템(424)을 사용하여 트레이(422)를 수평으로 이동시킬 수 있다. 시스템(400)은 이후 마이크로피펫 팁들(482a)이 마이크로웰 플레이트(430)의 원하는 웰들(430) 내에 위치할 때까지 수직 작동 시스템(462)을 사용하여 마이크로피펫 팁들(482a)을 아래쪽으로 이동할 수 있다. 시스템(400)은 이후 마이크로피펫 도관들(482b) 외부의 재료들을 웰들(430)로 방출하기 위해 제 4 액추에이터(528)를 사용하여 시린지 펌프(534)를 구동시킬 수 있다.
이러한 처리가 완료되면, 기술자는 하우징(402)의 전방부(414)를 하우징(402)의 나머지로부터 멀어지도록 회전시키므로써 하우징을 열 수 있다. 기술자는 마이크로피펫 시스템(464)을 제거할 수 있다. 마이크로피펫 시스템(464)을 제거하는 것은 크래들(466)의 힌지형 측벽(516)을 고정 측벽(502)으로부터 바깥쪽으로 회전시키고, 이후 측벽(502)의 노브들(522)을 카트리지(490)의 개구들(496) 외부로 이동시킴으로써 및 그의 유체 포트들을 포함하는 유체 커넥터(524)의 암형부로부터 그의 유체 포트들을 포함하는 유체 커넥터(494)의 수형부를 제거함으로써 카트리지(490)를 힌지형 측벽(516)으로부터 제거하는 것을 포함할 수 있다. 마이크로피펫 시스템(464)을 제거하는 것은 또한 래치(480)의 패들(480a)을 아래로 누르고, 개구(486) 및 중공 지지 암(484)으로부터 암(478)을 제거하고, 이후 패들(480a)을 해제하는 것을 포함할 수 있다.
기술자는 이후 돌출부들(434)을 수평으로, 이후 홈들(442)을 따라 위로 및 홈들을 통해 슬라이딩시킴으로써 미세 유체 칩(418) 및 마이크로웰 플레이트(420)를 트레이(422)로부터 제거할 수 있다. 기술자는 이후 마이크로웰 플레이트(420)의 웰들(430)로부터 처리된 재료들을 제거할 수 있다. 이들 재료들이 제거되고 다른 곳에 저장되면, 마이크로피펫 시스템(464), 마이크로웰 플레이트(420), 및 마이크로 유체 칩(418)은 폐기물로서 폐기될 수 있다. 후속 처리는 새로운 마이크로피펫 시스템(464), 새로운 마이크로웰 플레이트(420), 및 새로운 마이크로 유체 칩(418)을 사용할 수 있다. 일부 구현들에서, 미세 유체 칩(418), 마이크로웰 플레이트(420), 및/또는 본 명세서에 설명된 시스템(400)의 임의의 다른 구성요소들은 특정 구성요소들을 식별하고 이러한 구성요소들의 더 큰 모음 내에서 그 위치들을 추적하는 것을 돕는 RFID 칩 또는 태그를 포함할 수 있다.
본 명세서에 기술된 처리는 마이크로웰 플레이트(430)로부터 마이크로 유체 칩(418)으로, 이후 마이크로 유체 칩(418)으로부터 크래들(466)로, 이후 크래들(466)로부터 다시 마이크로웰 플레이트(430)로 재료들을 이동시킴으로써 진행한다. 이러한 처리는 생물학적 샘플 및 그의 원하는 성분들, 예컨대 DNA, RNA, mRNA, 또는 다양한 아미노산-기반 단백질들을 포함하는 다양한 단백질들로부터 오염물들을 제거하고, 이후 생물학적 샘플에 대해 PCR을 수행하는 역할을 할 수 있다. 그러나, 대안적인 구현들에서, 원하는 처리에 의해 요구되는 동작들에 따라, 임의의 구성요소(들)로부터 임의의 다른 구성요소(들)로 재료들을 임의의 횟수로 이동시킴으로써 처리가 진행될 수 있다. 대안적인 구현의 일 예에서, 본 명세서에 기술된 처리는 마이크로웰 플레이트(430)로부터 크래들(466)로, 이후 크래들(466)로부터 마이크로 유체 칩(418)으로, 이후 마이크로 유체 칩(418)으로부터 다시 마이크로웰 플레이트(420)로 재료들을 이동시킴으로써 진행될 수 있다. 이러한 처리는 생물학적 샘플 및 이의 원하는 성분들, 예컨대 DNA, RNA, mRNA, 또는 다양한 아미노산-기반 단백질들을 포함한 다양한 단백질들에 대해 PCR을 수행하고, 이후 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 역할을 할 수 있다.
2018년 1월 24일 출원된 미국 특허 출원 번호 제 15/879,141 호, 2018 년 1월 30일 출원된 미국 특허 출원 번호 제 62/623,712 호, 및 2018년 11월 7일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제 62/757,074 호는 전체적으로 본 명세서에 참조로 통합된다. 상기 기술된 다양한 실시예들은 다른 실시예들을 제공하기 위해 조합될 수 있다. 이들 및 다른 변경들은 상기 상세한 설명에 비추어 실시예들에 행해질 수 있다. 일반적으로, 다음의 청구항에서, 사용된 용어들은 청구항들을 본 명세서 및 청구항들에 개시된 특정 실시예들로 제한하는 것으로 해석되어서는 안되고, 이러한 청구항들이 자격을 부여한 그와 동등한 등가물들의 전체 범위와 함께 모든 가능한 실시예들을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 청구항들은 본 개시에 의해 제한되지 않는다.

Claims (105)

  1. 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법에 있어서,
    마이크로 채널을 통해 서로 연결된 제 1 웰 및 제 2 웰을 제공하는 단계;
    상기 제 1 웰, 상기 제 2 웰, 및 상기 마이크로 채널에 유체를 제공하는 단계;
    상기 생물학적 샘플을 상기 제 1 웰에 배치하는 단계;
    자성 비드들을 상기 제 1 웰에 도입하는 단계;
    상기 생물학적 샘플 내의 표적 분자들을 상기 자성 비드들로 끌어당기는 단계;
    상기 오염물들과 상호 작용하는 전기장을 상기 마이크로 채널에 걸쳐 인가하는 단계;
    상기 자성 비드들과 상호 작용하는 자기장을 발생시키는 자석을 상기 제 1 웰 근처에 도입하는 단계;
    상기 자석을 상기 마이크로 채널을 향해 이동시키는 단계로서, 상기 자성 비드들이 상기 자석의 이동과 함께 끌어당겨져서 상기 자성 비드들 및 상기 표적 분자들이 상기 마이크로 채널로 끌어당겨지는, 상기 자석을 이동시키는 단계; 및
    상기 자석을 상기 제 2 웰을 향해 이동시키는 단계로서, 상기 자성 비드들 및 상기 표적 분자들은 상기 자석의 이동과 함께 끌어당겨져서 상기 자성 비드들 및 상기 표적 분자들이 상기 제 2 웰로 끌어당겨지는, 상기 자석을 상기 제 2 웰을 향해 이동시키는 단계를 포함하고,
    상기 자기장은 상기 자성 비드들 및 상기 표적 분자들이 상기 마이크로 채널을 통해 이동할 때 상기 마이크로 채널의 상기 오염물들 중 적어도 일부를 유지하도록 상기 오염물들에 작용하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 웰로부터 상기 자성 비드들을 회수하는 단계;
    유체를 포함하는 컨테이너에 상기 자성 비드들을 삽입하는 단계;
    상기 컨테이너의 유체로 상기 표적 분자들을 방출시키는 기능을 하는 상기 자성 비드들을 디튜닝하는 단계; 및
    상기 컨테이너로부터 상기 자성 비드들을 제거하는 단계를 더 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 생물학적 샘플은 혈액을 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표적 분자들은 핵산들을 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오염물들은 음으로 하전되는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 웰은 직경이 대략 2 ㎜인, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 채널은 깊이가 50 내지 200 pm의 범위이고 길이가 2 내지 3 ㎝의 범위인, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 채널은 깊이가 대략 100 pm이고 및 길이가 대략 2.5 ㎝인, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 채널이 상기 마이크로 채널로 끌어당겨진 상기 표적 분자들로부터 임의의 오염물들을 또한 분리시키는 기능들을 하는 완충액을 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  10. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 3 웰 및 제 2 마이크로 채널을 제공하는 단계로서, 상기 제 3 웰은 상기 제 2 마이크로 채널을 통해 상기 제 2 웰에 연결되는, 상기 제 3 웰 및 상기 제 2 마이크로 채널을 제공하는 단계;
    상기 자석을 상기 제 2 마이크로 채널을 향해 이동시키는 단계로서, 상기 자성 비드들 및 표적 분자들은 상기 자석의 이동과 함께 끌어당겨져서 상기 자성 비드들 및 표적 분자들이 상기 제 2 마이크로 채널로 끌어당겨지는, 상기 자석을 상기 제 2 마이크로 채널을 향해 이동시키는 단계; 및
    상기 자석을 상기 제 3 웰을 향해 이동시키는 단계로서, 상기 자성 비드들 및 표적 분자들은 상기 자석의 이동과 함께 끌어당겨져서 상기 자성 비드들 및 표적 분자들이 상기 제 3 웰로 끌어당겨지는, 상기 자석을 상기 제 3 웰을 향해 이동시키는 단계를 더 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 웰과 상기 제 1 웰 사이의 유체의 체적 차이를 생성하여 유체의 흐름이 상기 마이크로 채널에서 상기 제 2 웰로부터 상기 제 1 웰을 향하여 생성되는 단계를 더 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자석의 이동은 모션 제어 하드웨어에 의해 자동화되고 제어되는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 웰에 자기 교반기(magnetic stirrer)를 제공하는 단계; 및
    상기 제 1 웰에서 상기 생물학적 샘플을 교반하는 단계를 더 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 웰에 히터를 제공하는 단계; 및
    상기 제 1 웰에서 상기 생물학적 샘플을 가열하는 단계를 더 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    온도 센서 및 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 온도 센서로부터 수신된 온도 신호에 기초하여 상기 히터를 조정하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 히터는 전압이 인가될 수 있는 저항성 금속 코팅인, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 저항성 금속 코팅이 인듐 주석 산화물인, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 웰, 상기 제 2 웰, 및 상기 마이크로 채널이 칩 상에 제공되는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 채널에 걸쳐 전기장을 인가하는 단계는 상기 제 1 웰에 제 1 프로브 및 상기 제 2 웰에 제 2 프로브를 배치하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 프로브 및 상기 제 2 프로브는 반대 극성들을 가지는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  20. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 채널과 통신하는 상기 제 3 웰을 제공하는 단계 및 상기 마이크로 채널과 통신하는 제 4 웰을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 마이크로 채널에 걸쳐 전기장을 인가하는 단계는 상기 제 3 웰에 제 1 프로브 및 상기 제 4 웰에 제 2 프로브를 배치하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 프로브과 상기 제 2 프로브는 반대 극성들을 가지는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  21. 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템에 있어서,
    유체를 함유하고 생물학적 샘플을 수용하도록 구성된 제 1 웰;
    유체를 함유하도록 구성된 제 2 웰;
    상기 제 1 웰과 상기 제 2 웰 사이에서 연장되는 마이크로 채널;
    전력원 및 상기 전력원에 결합된 2개의 프로브들로서, 상기 2개의 프로브들은 상기 마이크로 채널에 걸쳐 전기장을 인가하도록 구성되는, 상기 전력원 및 상기 2 개의 프로브들; 및
    상기 제 1 웰 근처로 이동하도록 구성된 자석으로서, 상기 자석은 자성 비드들과 상호 작용하기 위해 자기장을 발생시키도록 구성된, 상기 자석을 포함하고;
    상기 자성 비드들은 상기 제 1 웰에 도입되도록 구성되고, 상기 자성 비드들은 상기 생물학적 샘플에서 표적 분자들을 끌어당기도록 조정되고,
    전력이 상기 2개의 프로브들에 인가될 때, 상기 2개의 프로브들은 상기 오염물들이 전기장과 상호 작용하도록 그 사이에 전기장을 생성하도록 구성되고;
    상기 자석은 상기 자성 비드들이 상기 자석의 이동과 함께 및 상기 마이크로 채널로 끌어당겨지도록 상기 마이크로 채널을 향해 이동되도록 구성되고;
    상기 전기장은 상기 오염물들과 상호 작용하도록 구성되어 상기 오염물들 중 적어도 일부가 상기 마이크로 채널 내에 유지되고;
    상기 자석은 상기 자성 비드들 및 표적 분자들이 상기 제 2 웰로 끌어당겨 지도록 상기 제 2 웰을 향해 이동하도록 구성되는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 생물학적 샘플은 혈액을 포함하고 상기 표적 분자들은 핵산들을 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    상기 오염물들은 음으로 하전되는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  24. 제 21 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 웰은 직경이 대략 2 ㎜인, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  25. 제 21 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 채널은 깊이가 50 내지 200 pm의 범위이고 길이가 2 내지 3 ㎝인, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  26. 제 21 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 채널은 깊이가 대략 100 pm이고 길이가 대략 2.5 ㎝인, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  27. 제 21 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 3 웰; 및
    제 2 마이크로 채널을 더 포함하고,
    상기 제 3웰은 상기 제 2 마이크로 채널을 통해 상기 제 2 웰에 연결되고;
    상기 자석은 상기 제 2 마이크로 채널을 향해 이동하도록 구성되어, 상기 자성 비드들 및 표적 분자들은 상기 제 2 마이크로 채널로 끌어당겨지고;
    상기 자석은 상기 제 3 웰을 향해 이동하도록 구성되어, 상기 자성 비드들 및 표적 분자들은 상기 제 3 웰로 끌어당겨지는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  28. 제 21 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 웰과 상기 제 1 웰 사이에 생성된 유체의 체적 차이를 더 포함하여, 상기 유체의 흐름이 상기 제 2 웰로부터 상기 제 1 웰을 향하여 상기 마이크로 채널에 생성되는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  29. 제 21 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력원을 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 자석의 이동을 제어하도록 구성되는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  31. 제 29 항 또는 제 30 항에 있어서,
    상기 제 1 웰의 내용물들을 교반하도록 구성된 자기 교반기를 더 포함하고;
    상기 제어기는 상기 자기 교반기를 제어하도록 구성되는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  32. 제 29 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 웰을 가열하도록 구성된 히터를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 히터를 제어하도록 구성되는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 제어기에 결합되고 온도 신호를 생성하도록 구성된 온도 센서를 더 포함하고;
    상기 제어기는 상기 온도 센서로부터 수신된 상기 온도 신호에 기초하여 상기 히터를 제어하도록 구성되는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  34. 제 32 항 또는 제 33 항에 있어서,
    상기 히터는 저항성 금속 코팅을 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 저항성 금속 코팅은 인듐 주석 산화물을 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  36. 제 21 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 웰, 상기 제 2 웰, 및 상기 마이크로 채널은 칩 상에 위치되는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  37. 제 21 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2개의 프로브들 중 제 1 프로브는 상기 제 1 웰에 배치되고, 상기 2개의 프로브들 중 제 2 프로브는 상기 제 2 웰에 배치되고, 상기 제 1 프로브 및 상기 제 2 프로브는 반대 극성들을 가지는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  38. 제 21 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 채널과 통신하는 제 3 웰 및 상기 마이크로 채널과 통신하는 제 4 웰을 더 포함하고, 상기 2개의 프로브들 중 제 1 프로브는 상기 제 3 웰에 배치되고 상기 2개의 프로브들 중 제 2 프로브는 제 4 웰에 배치되고, 상기 제 1 프로브 및 상기 제 2 프로브는 반대 극성들을 가지는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  39. 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법에 있어서,
    마이크로 채널을 통해 서로 연결된 제 1 웰 및 제 2 웰을 제공하는 단계;
    상기 제 1 웰, 상기 제 2 웰 및 상기 마이크로 채널에 유체를 제공하는 단계;
    상기 생물학적 샘플을 상기 제 1 웰에 배치하는 단계;
    자성 비드들을 상기 제 1 웰에 도입하는 단계;
    상기 생물학적 샘플 내의 표적 분자들을 자성 비드들로 끌어당기는 단계;
    상기 자성 비드들과 상호 작용하는 자기장을 발생시키는 자석을 상기 제 1 웰 근처에 도입하는 단계;
    상기 자석을 상기 마이크로 채널을 향해 이동시키는 단계로서, 상기 자성 비드들은 상기 자석의 이동과 함께 끌어당겨져서 상기 자성 비드들 및 표적 분자들이 상기 마이크로 채널로 끌어당겨지는, 상기 자석을 상기 마이크로 채널을 향해 이동시키는 단계;
    겔이 상기 오염물들과 상호 작용하는 상기 마이크로 채널에 겔을 제공하는 단계; 및
    상기 자석을 상기 제 2 웰을 향해 이동시키는 단계로서, 상기 자성 비드들 및 표적 분자들이 상기 자석의 이동과 함께 끌어당겨져서 상기 오염물들이 겔 내에 유지되고 상기 자성 비드들 및 표적 분자들이 상기 제 2 웰로 끌어당겨질 때 상기 오염물들이 상기 표적 분자들로부터 분리되는, 상기 자석을 상기 제 2 웰을 향해 이동시키는 단계를 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 겔은 폴리에테르 화합물을 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 폴리에테르 화합물은 폴리에틸렌 글리콜을 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  42. 제 39 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생물학적 샘플은 혈액을 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  43. 제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표적 분자는 핵산들을 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  44. 제 39 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오염물들은 음으로 하전되는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  45. 제 39 항 내지 제 44 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 웰은 직경이 대략 2 ㎜인, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  46. 제 39 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 채널은 깊이가 50 내지 200 pm이고 길이가 2 내지 3 ㎝인, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  47. 제 39 항 내지 제 46 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 채널은 깊이가 대략 100 pm이고 길이가 대략 2.5 ㎝인, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  48. 제 39 항 내지 제 47 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 웰로부터 상기 자성 비드들을 회수하는 단계;
    유체를 포함하는 컨테이너에 상기 자성 비드들을 삽입하는 단계;
    상기 컨테이너의 유체로 표적 분자들을 방출시키는 기능을 하는 상기 자성 비드들을 디튜닝(de-tuning)하는 단계; 및
    상기 컨테이너로부터 상기 자성 비드들을 제거하는 단계를 더 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  49. 제 39 항 내지 제 47 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 3 웰 및 제 2 마이크로 채널을 제공하는 단계로서, 상기 제 3 웰은 상기 제 2 마이크로 채널을 통해 상기 제 2 웰에 연결되는, 상기 제 3 웰 및 상기 제 2 마이크로 채널을 제공하는 단계;
    상기 제 2 마이크로 채널 내에 겔을 제공하는 단계;
    상기 자석을 상기 제 2 마이크로 채널을 향해 이동시키는 단계로서, 상기 자성 비드들 및 표적 분자들은 상기 자석의 이동과 함께 끌어당겨져서 상기 자성 비드들 및 표적 분자들은 상기 제 2 마이크로 채널로 끌어당겨지는, 상기 자석을 상기 제 2 마이크로 채널을 향해 이동시키는 단계; 및
    상기 자석을 상기 제 3 웰을 향해 이동시키는 단계로서, 상기 자성 비드들 및 표적 분자들은 상기 자석의 이동과 함께 끌어당겨져서 상기 자성 비드들 및 표적 분자들은 상기 제 2 마이크로 채널에서 겔을 통해 상기 제 3 웰로 끌어당겨지는, 상기 자석을 상기 제 3 웰을 향해 이동시키는 단계를 더 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  50. 제 39 항 내지 제 49 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 웰에 상기 겔을 제공하는 단계를 더 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  51. 제 39 항 내지 제 50 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 웰에 상기 겔을 제공하는 단계를 더 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  52. 제 39 항 내지 제 51 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 겔의 흐름이 상기 제 2 웰로부터 상기 제 1 웰을 향해 상기 마이크로 채널에 생성되도록 상기 제 2 웰의 겔과 상기 제 1 웰의 유체의 체적 차이를 생성하는 단계를 더 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  53. 제 39 항 내지 제 52 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자석의 이동은 모션 제어 하드웨어에 의해 자동화되고 제어되는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  54. 제 39 항 내지 제 53 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 웰에 자기 교반기를 제공하는 단계; 및
    상기 제 1 웰에서 상기 생물학적 샘플을 교반하는 단계를 더 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  55. 제 39 항 내지 제 54 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 웰에 히터를 제공하는 단계; 및
    상기 제 1 웰의 상기 생물학적 샘플을 가열하는 단계를 더 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  56. 제 55 항에 있어서,
    온도 센서 및 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 온도 센서로부터 수신된 온도 신호에 기초하여 상기 히터를 조정하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  57. 제 55 항 또는 제 56 항에 있어서,
    상기 히터는 전압이 인가될 수 있는 저항성 금속 코팅인, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  58. 제 57 항에 있어서,
    상기 저항성 금속 코팅은 인듐 주석 산화물인, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  59. 제 39 항 내지 제 58 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 웰, 상기 제 2 웰 및 상기 마이크로 채널은 칩 상에 제공되는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  60. 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템에 있어서,
    유체를 함유하고 상기 생물학적 샘플을 수용하도록 구성된 제 1 웰;
    유체를 함유하도록 구성된 제 2 웰;
    상기 제 1 웰과 상기 제 2 웰 사이에서 연장되는 마이크로 채널;
    상기 마이크로 채널 내에 위치된 겔; 및
    상기 제 1 웰 근처로 이동하도록 구성된 자석으로서, 상기 자석은 자성 비드들과 상호 작용하도록 자기장을 발생시키도록 구성되는, 상기 자석을 포함하고;
    상기 자성 비드들은 상기 제 1 웰로 도입되도록 구성되고, 상기 자성 비드들은 상기 생물학적 샘플에서 표적 분자들을 끌어당기도록 조정되고;
    상기 자석은 상기 자성 비드들이 상기 자석의 이동과 함께 및 상기 마이크로 채널로 끌어당겨지도록 상기 마이크로 채널을 향해 이동되도록 제공되고;
    상기 겔은 상기 자성 비드들이 상기 겔을 통해 이동할 때 상기 오염물들 중 적어도 일부가 상기 겔 내에 포획되도록 상기 오염물들과 상호 작용하도록 구성되고;
    상기 자석은 상기 자성 비드들 및 표적 분자들이 상기 제 2 웰로 끌어당겨지도록 상기 제 2 웰을 향해 이동하도록 구성되는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  61. 제 60 항에 있어서,
    상기 겔은 폴리에테르 화합물을 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  62. 제 61 항에 있어서,
    상기 폴리에테르 화합물은 폴리에틸렌 글리콜을 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  63. 제 60 항 내지 제 62 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오염물들은 음으로 하전되는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  64. 제 60 항 내지 제 63 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생물학적 샘플은 혈액을 포함하고 상기 표적 분자들은 핵산들을 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  65. 제 60 항 내지 제 64 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 웰은 직경이 대략 2 ㎜인, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  66. 제 60 항 내지 제 65 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 채널은 깊이가 50 내지 200 pm의 범위이고 길이가 2 내지 3 ㎝의 범위인, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  67. 제 60 항 내지 제 66 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로 채널은 깊이가 대략 100 pm이고 길이가 대략 2.5 ㎝인, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  68. 제 60 항 내지 제 67 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 3 웰; 및
    제 2 마이크로 채널을 더 포함하고, 상기 제 3 웰은 상기 제 2 마이크로 채널을 통해 상기 제 2 웰에 연결되고, 상기 제 2 마이크로 채널은 상기 겔을 포함하고,
    상기 자석은 상기 제 2 마이크로 채널을 향해 이동하도록 구성되어, 상기 자성 비드들 및 표적 분자들은 상기 제 2 마이크로 채널로 끌어당겨지고 상기 오염물들 중 적어도 일부는 상기 제 2 마이크로 채널 내의 상기 겔에 의해 포획되고;
    상기 자석은 상기 제 3 웰을 향해 이동하도록 구성되어, 상기 자성 비드들 및 표적 분자들은 상기 제 3 웰로 끌어당겨지는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  69. 제 60 항 내지 제 68 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 웰은 상기 겔 및 상기 제 2 웰의 상기 겔 사이에서 생성된 제 1 웰의 유체의 체적 차이를 포함하여, 상기 겔의 흐름이 상기 제 2 웰로부터 상기 제 1 웰을 향해 상기 마이크로 채널에 생성되는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  70. 제 60 항 내지 제 69 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자석의 이동을 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  71. 제 70 항에 있어서,
    상기 제 1 웰의 내용물들을 교반하도록 구성된 자기 교반기를 더 포함하고;
    상기 제어기는 상기 자기 교반기를 제어하도록 구성되는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  72. 제 70 항 또는 제 71 항에 있어서,
    상기 제 1 웰을 가열하도록 구성된 히터를 더 포함하고;
    상기 제어기는 상기 히터를 제어하도록 구성된, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  73. 제 72 항에 있어서,
    상기 제어기에 결합되고 온도 신호를 생성하도록 구성된 온도 센서를 더 포함하고;
    상기 제어기는 상기 온도 센서로부터 수신된 상기 온도 신호에 기초하여 상기 히터를 제어하도록 구성되는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  74. 제 72 항 또는 제 73 항에 있어서,
    상기 히터는 저항성 금속 코팅을 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  75. 제 74 항에 있어서,
    상기 저항성 금속 코팅은 인듐 주석 산화물을 포함하는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  76. 제 60 항 내지 제 75 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 웰, 상기 제 2 웰 및 상기 마이크로 채널은 칩 상에 위치되는, 생물학적 샘플로부터 오염물들을 제거하기 위한 시스템.
  77. 시스템에 있어서:
    수평 액추에이터;
    상기 수평 액추에이터에 결합된 트레이;
    상기 트레이에 결합된 웰 플레이트;
    상기 웰 플레이트에 결합된 미세 유체 칩;
    수직 액추에이터;
    상기 수직 액추에이터에 결합된 피펫;
    상기 피펫 내에서 유체의 온도를 제어하기 위해 상기 피펫에 결합된 히터;
    상기 피펫 내에서 유체의 이동을 제어하기 위해 상기 피펫에 결합된 펌프; 및
    상기 트레이, 상기 웰 플레이트, 및 상기 미세 유체 칩의 수평 이동을 제어하기 위해 수평 액추에이터에 통신 가능하게 결합되고, 상기 피펫의 수직 이동을 제어하기 위해 상기 수직 액추에이터에 통신 가능하게 결합되고, 상기 펌프를 제어하기 위해 상기 펌프에 통신 가능하게 결합되고, 상기 히터를 제어하기 위해 상기 히터에 통신 가능하게 결합되는 제어기를 포함하는, 시스템.
  78. 제 77 항에 있어서,
    회전 액추에이터; 및
    상기 회전 액추에이터에 결합된 자석을 더 포함하고;
    상기 제어기는 상기 트레이 아래의 상기 자석의 회전을 제어하기 위해 상기 회전 액추에이터에 통신 가능하게 결합되는, 시스템.
  79. 제 77 항 또는 제 78 항에 있어서,
    상기 웰 플레이트는 미세 유체 칩 아래에 위치된 복수의 전기 전도성 리드들을 포함하는, 시스템.
  80. 제 77 항 내지 제 79 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피펫은 지지 암에 의해 수직 방향으로 유지된 피펫 팁을 포함하고, 상기 피펫 팁에 대향하는 피펫의 단부는 카트리지 내에 유지되는, 시스템.
  81. 제 77 항 내지 제 80 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히터는 고정 측벽 및 힌지에 의해 상기 고정 측벽에 회전 가능하게 결합된 힌지형 측벽을 포함하는, 시스템.
  82. 제 81 항에 있어서,
    상기 고정 측벽은 제 1 홈을 포함하고 상기 힌지형 측벽은 제 2 홈을 포함하고, 상기 피펫은 상기 제 1 및 제 2 홈들을 통해 상기 고정 측벽과 상기 힌지형 측벽 사이에서 연장되는, 시스템.
  83. 제 81 항 또는 제 82 항에 있어서,
    상기 고정 측벽은 상기 고정 측벽의 제 1 측면 근처의 제 1 위치에서 상기 피펫을 핀치하기 위해 상기 고정 측벽으로부터 상기 힌지형 측벽을 향해 외부로 이동 가능한 제 1 바 및 상기 고정 측벽의 제 1 측면에 대향하는 상기 고정 측벽의 제 2 측면 근처의 제 2 위치에서 상기 피펫을 핀치하기 위해 상기 고정 측벽으로부터 상기 힌지형 측벽을 향해 외부로 이동 가능한 제 2 바를 포함하는, 시스템.
  84. 방법에 있어서:
    웰 플레이트의 제 1 웰에 생물학적 샘플을 수용하는 단계;
    상기 웰 플레이트의 제 2 웰에 다른 시약을 수용하는 단계;
    상기 웰 플레이트의 제 1 웰로부터 피펫으로 상기 생물학적 샘플을 끌어당기기 위해 펌프를 작동시키는 단계;
    상기 웰 플레이트의 제 1 웰로부터 미세 유체 칩의 제 1 웰로 상기 피펫을 이동시키기 위해 액추에이터를 작동시키는 단계;
    상기 피펫으로부터 상기 미세 유체 칩의 제 1 웰로 상기 생물학적 유체 샘플을 방출하도록 상기 펌프를 작동시키는 단계;
    상기 피펫을 상기 미세 유체 칩의 제 1 웰로부터 상기 미세 유체 칩의 제 2 웰로 이동시키도록 상기 액추에이터를 작동시키는 단계;
    상기 미세 유체 칩의 제 2 웰로부터 상기 피펫으로 상기 생물학적 샘플을 끌어당기기 위해 상기 펌프를 작동시키는 단계;
    상기 피펫을 상기 미세 유체 칩의 제 2 웰로부터 상기 웰 플레이트의 제 2 웰로 이동시키도록 상기 액추에이터를 작동시키는 단계;
    상기 웰 플레이트의 제 2 웰로부터 상기 피펫으로 다른 시약을 끌어당기도록 상기 펌프를 작동시키는 단계;
    상기 피펫 내의 상기 생물학적 샘플 및 상기 다른 시약을 가열하기 위해 히터를 작동시키는 단계; 및
    상기 생물학적 샘플을 상기 피펫으로부터 상기 웰 플레이트의 제 3 웰로 방출하도록 상기 펌프를 작동시키는 단계를 포함하는, 방법.
  85. 제 84 항에 있어서,
    상기 생물학적 샘플은 DNA를 포함하는, 방법.
  86. 제 84 항에 있어서,
    상기 생물학적 샘플은 RNA를 포함하는, 방법.
  87. 제 84 항에 있어서,
    상기 생물학적 샘플은 mRNA를 포함하는, 방법.
  88. 제 84 항에 있어서,
    상기 생물학적 샘플은 단백질을 포함하는, 방법.
  89. 제 84 항 내지 제 88 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오염물들은 상기 미세 유체 칩의 상기 생물학적 샘플로부터 제거되는, 방법.
  90. 제 84 항 내지 제 89 항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴리머라제 연쇄 반응이 상기 피펫 내에서 발생하는, 방법.
  91. 마이크로웰 플레이트에 있어서,
    상기 마이크로웰 플레이트의 상부 표면에 형성된 복수의 마이크로웰들; 및
    상기 마이크로웰 플레이트의 상부 표면에 형성된 공동을 포함하고, 상기 공동은 미세 유체 칩을 수용하도록 크기가 정해지는, 마이크로웰 플레이트.
  92. 제 91 항에 있어서,
    상기 공동은 완전한 직사각형 프리즘(right rectangular prism)을 포함하는 형상을 가지는, 마이크로웰 플레이트.
  93. 제 91 항 또는 제 92 항에 있어서,
    상기 공동은 상기 마이크로웰 플레이트의 가장자리까지 연장되고 그와 일치하는, 마이크로웰 플레이트.
  94. 제 91 항 내지 제 93 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공동 내에 위치된 상기 미세 유체 칩을 더 포함하는, 마이크로웰 플레이트.
  95. 제 94 항에 있어서,
    상기 공동은 제 1 세트의 치수들을 갖고, 상기 미세 유체 칩은 상기 제 1 세트의 치수들과 일치하는 제 2 세트의 치수들을 가지는, 마이크로웰 플레이트.
  96. 제 94 항 또는 제 95 항에 있어서,
    상기 공동의 바닥 경계를 형성하는 상기 마이크로웰 플레이트의 표면은 상기 미세 유체 칩의 하부면에서 미세 유체 채널들과 대면하고 상기 미세 유체 채널들에 의해 형성된 경로들의 하부 경계를 형성하는, 마이크로웰 플레이트.
  97. 제 91 항 내지 제 95 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공동의 하부 경계를 형성하는 상기 마이크로웰 플레이트의 표면에 형성된 복수의 채널들을 더 포함하는, 마이크로웰 플레이트.
  98. 제 97 항에 있어서,
    채널들의 각각은 상기 공동의 하부 경계를 형성하는 표면으로부터 비교적 넓은 하단부까지 연장되는 비교적 넓은 하단부 및 비교적 좁은 상단부를 포함하는, 마이크로웰 플레이트.
  99. 제 97 항 또는 제 98 항에 있어서,
    채널들의 각각에 위치되고 채널들의 각각을 통해 연장되는 각각의 전기 전도성 리드를 더 포함하는, 마이크로웰 플레이트.
  100. 제 91 항 내지 제 99 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로웰 플레이트의 대향 단부들로부터 수평으로 외부로 연장되는 복수의 돌출부들을 더 포함하는, 마이크로웰 플레이트.
  101. 마이크로피펫 시스템에 있어서:
    제 1 마이크로피펫 팁 및 상기 제 1 마이크로피펫의 제 1 길이를 따라 상기 제 1 마이크로피펫 팁과 대향하는 상기 제 1 마이크로피펫의 제 1 단부를 포함하는 제 1 마이크로피펫;
    제 2 마이크로피펫 팁 및 상기 제 2 마이크로피펫의 제 2 길이를 따라 상기 제 2 마이크로피펫 팁에 대향하는 상기 제 2 마이크로피펫의 제 2 단부를 포함하는 제 2 마이크로피펫; 및
    상기 제 1 및 제 2 마이크로피펫 팁들을 갖는 상기 제 1 및 제 2 마이크로피펫들을 수직 방향으로 유지하는 수평 지지 암을 포함하고;
    상기 수평 지지 암은 중공형이고, 단부를 가지고, 상기 단부에 개구를 가지는, 마이크로피펫 시스템.
  102. 제 101 항에 있어서,
    상기 수평 지지 암은 상부 표면을 가지고 상기 상부 표면으로 하향 연장되는 홈을 포함하는, 마이크로피펫 시스템.
  103. 제 101 항 또는 제 102 항에 있어서,
    외부 프레임을 포함하는 카트리지를 더 포함하고, 상기 외부 프레임은 유체 커넥터의 일부를 가지고, 상기 유체 커넥터의 일부는 제 1 유체 포트 및 제 2 유체 포트를 포함하는, 마이크로피펫 시스템.
  104. 제 103 항에 있어서,
    상기 제 1 마이크로피펫의 제 1 단부는 제 1 유체 포트에 결합되고, 상기 제 2 마이크로피펫의 제 2 단부는 상기 제 2 유체 포트에 결합되는, 마이크로피펫 시스템.
  105. 제 103 항 또는 제 104 항에 있어서,
    상기 카트리지의 외부 프레임은 복수의 개구들을 포함하는, 마이크로피펫 시스템.
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