KR20210082206A - 랩온 어칩 분석 디바이스를 위한 광학 모듈용 필터 디바이스, 랩온 어칩 분석 디바이스용 광학 모듈 및 랩온 어칩 분석 디바이스용 광학 모듈 작동 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 랩온 어칩(lab-on-a-chip) 분석 디바이스를 위한 광학 모듈용 필터 디바이스(130)에 관한 것이다. 광학 모듈은 광 경로를 포함한다. 필터 디바이스(130)는 지지 요소(205), 필터 지지체(210) 및 구동 디바이스(215)를 포함한다. 지지 요소(205)는 광학 모듈(100)에 장착될 수 있다. 필터 지지체(210)는 지지 요소(205) 상에서 이동될 수 있도록 배열된다. 필터 지지체(210)는 또한 제 1 필터 영역(220) 및 제 2 필터 영역(225)을 가진다. 구동 디바이스(215)는, 제 1 필터 영역(220)이 광 경로에 배열된 제 1 위치와 제 2 필터 영역(225)이 광 경로에 배열된 제 2 위치 사이를 필터 지지체(210)가 이동할 수 있도록 설계된다.
Description
본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 디바이스 또는 방법에 관한 것이다.
체외 진단(IVD)은 진단 및 치료 결정을 돕기 위해 인간 샘플에서 분자 농도와 같은 특정 매개 변수, 특정 DNA 서열의 존재 또는 혈액 구성을 측정하는 의료 기기 분야이다. 이것은 여러 실험실 단계의 체인에서 수행될 수 있으며, 이에 따라 샘플은 간섭없이 표적 변수를 측정할 수 있는 방식으로 처리될 수 있다. 각 방법에 적합한 디바이스를 사용하여 다양한 실험실 방법을 적용할 수 있다. 근거리 환자 실험실 진단을 위한 분석 디바이스(일명 현장 진료 디바이스)에서 이러한 체외 진단 테스트는 사용자의 수동 단계 수를 줄이기 위해 하나의 디바이스에 매핑될 수 있다. 샘플은 일회용 카트리지에 넣을 수 있다. 카트리지를 분석기에 넣은 후 진단 테스트를 완전히 자동으로 처리할 수 있다. 형광 기반 검출 방법을 수행하기 위해 분석 디바이스는 광학 또는 광학 기계 요소를 가질 수 있다.
이러한 배경을 바탕으로 본 명세서에 제시된 접근 방식에 따라 독립 청구항에 따른, 랩온 어칩( lab-on-a-chip) 분석 디바이스용 광학 모듈을 위한 필터 디바이스, 랩온 어칩 분석 디바이스용 광학 모듈 및 랩온 어칩 분석 디바이스용 광학 모듈 작동 방법이 제시된다. 종속 청구항에 제시된 조치들은 독립 청구항에 제시된 디바이스의 유리한 개발 및 개선을 가능하게 한다.
필터 디바이스는 유리하게는 랩온 어칩 분석 디바이스를 위한 광 기계 디바이스로 사용될 수 있다. 필터 디바이스의 전기적으로 구동되는 필터 지지체는 필터를 신속하게 교체할 수 있도록 하여 진단 방법과 관련하여 유리하다. 필터 디바이스의 구조는 다양한 광학 검출 방법을 구현할 수 있게 하여 랩온 어칩 분석 디바이스의 광범위한 사용에 유리하다. 유리하게는, 필터 디바이스는 또한 특히 컴팩트한 디자인을 가능하게 한다.
랩온 어칩 분석 디바이스용 광학 모듈을 위한 필터 디바이스가 제시된다. 광학 모듈에는 광 경로가 있다. 필터 디바이스는 지지 요소, 필터 지지체 및 구동 디바이스를 포함한다. 지지 요소는 광학 모듈에 배열될 수 있다. 필터 지지체는 지지 요소 상에 이동 가능하게 배열된다. 또한, 필터 지지체는 제 1 필터 영역 및 제 2 필터 영역을 가진다. 구동 디바이스는 제 1 필터 영역이 광 경로에 배열되는 제 1 위치와 제 2 필터 영역이 광 경로에 배열되는 제 2 위치 사이에서 필터 지지체를 이동시키도록 설계된다.
랩온 어칩 분석 디바이스는 랩온 어칩 카트리지를 분석하는 진단 방법을 수행하기 위한 디바이스일 수 있으며, 이를 랩온 어칩 또는 마이크로 유체 시스템이라 한다. 광학 모듈은 광학 진단, 예를 들어 각 중합 효소 연쇄 반응주기 후 형광 측정을 통해 DNA 복제를 관찰하거나 용융 곡선 분석과 같은 다른 형광 기반 검출 방법에 사용할 수 있다. 광학 모듈의 광 경로는 여기 광 경로 또는 감지 광 경로일 수 있다. 여기 광 경로는 광원에서 랩온 어칩 카트리지로 이어질 수 있다. 감지 광 경로는 랩온 어칩 카트리지에서 이미지 센서로 이어질 수 있다. 필터 디바이스는 광 경로를 따라 광을 필터링하는데 사용될 수 있다. 유리하게는, 필터 디바이스의 상이한 필터 영역은 시간에 따라 차례로 광 경로에 위치될 수 있다. 결과적으로, 서로 다른 파장의 광이 필터링되거나 연속적으로 통과될 수 있다. 예를 들어 컬러 필터와 블랙 필터와 같은 2개의 다른 필터가 필터 지지체의 제 1 및 제 2 필터 영역에 배열될 수 있다. 또한 필터 영역 중 하나에 필터가 배치될 수 없으므로, 빈 위치가 실현된다. 컬러 필터의 경우 해당 필터 범위에서 적어도 하나의 파장 범위의 광을 걸러낼 수 있다. 블랙 필터를 사용하면, 해당 필터 영역에서 광이 완전히 흡수될 수 있다. 빈 위치에서는 광이 해당 필터 영역을 필터링되지 않은 채로 통과할 수 있다. 예를 들어, 구동 디바이스는 전기식일 수 있으며 필터 영역의 위치를 변경하도록 설계될 수 있다. 이를 위해, 구동 디바이스는 광 경로에 하나 이상의 필터 영역을 배열하기 위해 제 1 및 제 2 위치를 취하도록 필터 지지체를 예를 들어 선형으로 시프트 또는 회전시킬 수 있다.
한 실시예에 따르면, 제 1 필터 영역은 광학 필터로서 또는 빈 위치로서 형성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 2 필터 영역은 광학 필터로서 또는 빈 위치로서 설계될 수 있으며, 필터 지지체는 또한 광학 필터로서 또는 빈 위치로서 설계될 수 있는 추가 필터 영역을 가질 수 있다. 화학 발광 검출을 가능하게 하기 위해 빈 위치를 형성하는 것이 유리하다.
한 실시예에 따르면, 구동 디바이스는 톱니 형 벨트 및 전기 모터를 가지는 벨트 구동기로서 설계될 수 있다. 예를 들어 전기 모터는 스테퍼 모터로 설계될 수 있다. 필터 지지체를 이동하기 위해 톱니 벨트를 예를 들어 전기 모터로 구동되는 구동 롤러에 연결할 수 있다. 텐션 롤러를 사용하여 톱니 벨트를 단단하게 유지할 수 있다. 이러한 필터 지지체의 구동은 필터 영역의 위치가 변경될 수 있게 하여 필터 변경이 예를 들어 0.5초 미만의 시간에 특히 빠르게 수행될 수 있도록 한다.
한 실시예에 따르면, 필터 디바이스는 또한 필터 지지체의 위치를 나타내는 센서 신호를 제공하도록 설계된 센서를 가질 수 있다. 센서는 예를 들어 홀 센서 또는 광전 센서로 설계될 수 있다. 광전 센서는 측정 기술에서 알려진 투과광 방식 또는 입사광 방식을 구현할 수 있다. 센서는 필터 지지체의 필터 영역의 위치 또는 필터 지지체의 움직임을 감지하도록 설계될 수 있다. 이것은 유리하게는 필터 지지체의 위치 및 따라서 필터 영역 및 필터 영역에 배열된 필터의 정확한 모니터링을 가능하게 한다. 센서 신호는 예를 들어 구동 디바이스, 광원 및/또는 이미지 센서를 제어하는데 사용될 수 있다.
한 실시예에 따르면, 필터 지지체는 선형으로 이동 가능한 필터 슬라이드 또는 회전 가능한 필터 휠로 설계될 수 있다. 슬라이드라고도 하는 선형 이동식 필터 슬라이드로서의 설계는 필터 영역의 위치를 조정하기 위해 지지 요소에 대해 필터 지지체를 이동할 때 필터 지지체의 이동 경로를 최소화할 수 있다는 장점이 있다. 필터 휠로서의 설계는 예를 들어, 필터 디바이스가 형광 여기를 위해 여기 광 경로에 배열되는 경우 유리하다.
필터 지지체가 선형으로 이동 가능한 필터 슬라이드로서 설계된 경우 필터 디바이스에 추가 필터 슬라이드가 있을 수 있다. 추가 필터 슬라이드는 지지 요소에 이동 가능하게 배열될 수 있다. 또한, 추가 필터 슬라이드는 추가 제 1 필터 영역 및 추가 제 2 필터 영역을 가질 수 있다. 구동 디바이스는 추가 제 1 필터 영역이 광 경로에 배열되는 추가 제 1 위치와 추가 제 2 필터 영역이 광 경로에 배열되는 추가 제 2 위치 사이에서 추가 필터 슬라이드를 이동시키도록 설계될 수 있다. 필터 슬라이드 및 추가 필터 슬라이드는 부분적으로 겹치도록 배열될 수 있으며, 이는 컴팩트한 디자인과 관련하여 유리하다.
랩온 어칩 분석 디바이스용 광학 모듈은 추가 광 경로를 가질 수 있다. 이 경우, 한 실시예에 따르면, 필터 슬라이드의 제 1 위치에서, 제 1 필터 영역은 광 경로에 배열될 수 있고 제 2 필터 영역은 추가 광 경로에 배열될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 추가 필터 슬라이드의 추가 제 1 위치에서, 추가 제 1 필터 영역이 광 경로에 배열될 수 있고 추가 제 2 필터 영역이 추가 광 경로에 배열될 수 있다. 또한 필터 슬라이드에 필터 영역의 배열과 필터 슬라이드의 제 1 위치에 추가 필터 슬라이드의 배열에 따라 제 1 필터 영역은 광 경로에 배치되고 제 2 필터 영역은 추가 광 경로 또는 광 경로 외부 및 추가 광 경로 외부에 배치될 수 있다. 또한, 필터 슬라이드의 제 2 위치에서, 제 2 필터 영역은 광 경로에 배열될 수 있고 제 1 필터 영역은 추가 광 경로 또는 광 경로 외부에 배열될 수 있다. 따라서, 여러 광 경로에 개별적으로 광학적으로 영향을 미치는 것이 유리하게 가능하다.
한 실시예에 따르면, 필터 슬라이드 및 추가 필터 슬라이드는 또한 적어도 부분적으로 다른 하나 위에 배치될 수 있고 서로에 대해 병진 이동될 수 있다. 이를 위해, 필터 슬라이드 및 추가 필터 슬라이드는 예를 들어 볼 베어링 레일에 병진 방식으로 슬라이딩 가능하게 배열될 수 있다. 이러한 배열은 필터 영역에 배열된 필터의 빠른 필터 교환 및 필터 디바이스의 가능한 최소 폭과 관련하여 유리하다.
광학 모듈이 추가 광 경로를 갖고 필터 지지체가 필터 휠로 설계되면, 한 실시예에 따른 필터 디바이스는 추가 필터 휠을 가질 수 있다. 추가 필터 휠은 지지 요소에 회전 가능하게 배열될 수 있다. 또한, 추가 필터 휠은 추가 제 1 필터 영역 및 추가 제 2 필터 영역을 가질 수 있다. 구동 디바이스는 추가 광 경로에 추가 제 1 필터 영역이 배열되는 추가 제 1 위치와 추가 광 경로에 추가 제 2 필터 영역이 배열되는 추가 제 2 위치 사이에서 추가 필터 휠을 이동시키도록 설계될 수 있다. 추가 필터 휠의 구현은 필터 디바이스가 형광 여기를 위해 여기 광 경로에 배열되는 경우에, 예를 들어, 광학 모듈에 개별적으로 여기되는 여러 개의 챔버가 있는 카트리지가 수용되는 경우에 유리하다.
한 실시예에 따르면, 필터 디바이스가 필터 휠 및 추가 필터 휠을 포함하는 경우, 필터 휠들은 서로 나란히 배열될 수 있고 동시에 회전될 수 있다. 이 디자인은 필터를 빠르고 균등하게 교체할 수 있게 하여 여러 영역을 동시에 광학적으로 자극하는 경우에 더욱 유리하다.
이 접근법을 통해 랩온 어칩 분석 디바이스용 광학 모듈이 또한 제공된다. 광학 모듈은 광원, 랩온 어칩 카트리지 용 수용 영역, 이미지 센서, 제 1 필터 디바이스의 실시예 및 제 2 필터 디바이스의 실시예를 포함한다. 제 1 필터 디바이스는 광원과 수신 영역 사이의 여기 광 경로에 배열된다. 제 2 필터 디바이스는 수용 영역과 이미지 센서 사이의 검출 광 경로에 배치된다.
광학 모듈은 예를 들어 수신 영역에 수용된 랩온 어칩 카트리지의 하나 또는 여러 영역 또는 챔버의 여러 형광파 범위에서 형광 여기에 사용될 수 있다. 또한 광학 모듈은 이미지 영역에 걸쳐 여러 형광 파장 범위에서 형광 검출에 사용될 수 있다. 예를 들어 0.5초 내에 빠른 필터 변경을 가능하게 하는 것이 유리하게 가능하다.
랩온 어칩 카트리지가 수신 영역에 수용되면 백색 발광 다이오드를 광원으로 사용하여 형광 여기가 발생할 수 있다. 예를 들어, 발광 다이오드는 온도 안정화될 수 있으며 제어 광 다이오드를 통해 그 강도를 모니터링할 수 있다. 방출된 광 경로는 여기 광 경로라고 할 수 있다. 여기 광 경로는 제 1 필터 디바이스의 방향으로 향할 수 있으며, 제 1 필터 디바이스는 예를 들어 필터 휠 형태의 필터 지지체를 포함할 수 있다. 여기 광 경로는 제 1 필터 디바이스에 의해 자극되는 랩온 어칩 카트리지의 영역으로 향할 수 있으며 랩온 어칩 카트리지에서 반사 또는 형광을 발할 수 있다. 방출되는 광은 예를 들어, 필터 지지체로 필터 슬라이드를 포함할 수 있는 제 2 필터 디바이스에 대한 감지 경로로 지향될 수 있다. 여기에서 감지 광 경로는 이미지 센서 방향으로 향한다. 이미지 센서는 예를 들어 매크로 렌즈를 포함할 수 있다.
랩온 어칩 분석 디바이스에 대해 위에서 설명한 광학 모듈의 실시예를 작동하는 방법도 제시된다. 상기 방법은 제 1 설정 신호를 제공하는 단계, 제 2 설정 신호를 제공하는 단계, 제 1 필터 변경 신호를 제공하는 단계 및 제 2 필터 변경 신호를 제공하는 단계를 포함한다. 제 1 설정 신호는 분석 모드에 할당된 위치에서 제 1 필터 디바이스의 필터 지지체를 설정하도록 설계된다. 분석 모드에 할당된 위치는 예를 들어 필터 지지체의 제 1 위치 또는 제 2 위치일 수 있다. 제 2 설정 신호는 분석 모드에 할당된 위치에서 제 2 필터 디바이스의 필터 지지체를 설정하도록 설계된다. 제 1 필터 변경 신호는 추가 분석 모드에 할당된 위치에서 제 1 필터 디바이스의 필터 지지체를 설정하도록 설계된다. 제 2 필터 변경 신호는 추가 분석 모드에 할당된 위치에서 제 2 필터 디바이스의 필터 지지체를 설정하도록 설계된다. 예를 들어, 추가 분석 모드에 할당된 제 1 필터 디바이스의 필터 지지체의 위치는 분석 모드에 할당된 제 1 필터 디바이스의 필터 지지체의 위치에 해당할 수 있다. 이 경우, 필터 지지체의 설정된 위치는 변경되지 않다.
본 명세서에 제시된 접근법의 실시예가 도면에 도시되고 아래의 설명에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스를 위한 광학 모듈의 개략도를 도시한다.
도 2 내지 도 4는 각각 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스용 광학 모듈을 위한 필터 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스용 광학 모듈을 위한 필터 디바이스를 가지는 조립체의 개략도를 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스용 광학 모듈을 위한 필터 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스를 위한 광학 모듈의 일부의 개략도를 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스용 광학 모듈을 위한 필터 디바이스의 일부의 개략도를 도시한다.
도 9는 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스를 위한 광학 모듈의 일부의 개략도를 도시한다.
도 10은 일 실시예에 따른 광학 모듈을 가지는 랩온 어칩 분석 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 11은 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스용 광학 모듈을 작동하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
도 12는 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스를 위한 광학 모듈의 사용의 개략도를 도시한다.
도 13은 일 실시예에 따른 광학 모듈을 가지는 랩온 어칩 분석 디바이스의 사용의 개략도를 도시한다.
도 2 내지 도 4는 각각 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스용 광학 모듈을 위한 필터 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스용 광학 모듈을 위한 필터 디바이스를 가지는 조립체의 개략도를 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스용 광학 모듈을 위한 필터 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스를 위한 광학 모듈의 일부의 개략도를 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스용 광학 모듈을 위한 필터 디바이스의 일부의 개략도를 도시한다.
도 9는 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스를 위한 광학 모듈의 일부의 개략도를 도시한다.
도 10은 일 실시예에 따른 광학 모듈을 가지는 랩온 어칩 분석 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 11은 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스용 광학 모듈을 작동하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
도 12는 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스를 위한 광학 모듈의 사용의 개략도를 도시한다.
도 13은 일 실시예에 따른 광학 모듈을 가지는 랩온 어칩 분석 디바이스의 사용의 개략도를 도시한다.
본 발명의 유리한 실시예에 대한 다음의 설명에서, 상이한 도면에 도시되고 유사한 작용을 하는 요소에는 동일하거나 유사한 도면 부호가 사용되며, 이들 요소에 대한 반복된 설명은 생략된다.
도 1은 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스를 위한 광학 모듈(100)의 개략도를 도시한다. 광학 모듈(100)은 광원(105), 랩온 어칩 카트리지(115)를 위한 수용 영역(110), 이미지 센서(120), 제 1 필터 디바이스(125), 및 제 2 필터 디바이스(130)를 포함한다. 제 1 필터 디바이스(125)는 광원(105)과 수신 영역(110) 사이의 여기 광 경로(135)에 배열된다. 제 2 필터 장치(130)는 수용 영역(110)과 이미지 센서(120) 사이의 검출 광 경로(140)에 배열된다.
광학 모듈(100)은 또한 형광 광학 조립체 또는 체외 진단을 위한 광 유체 분석 플랫폼이라고도 할 수 있다. 랩온 어칩 카트리지(115)는 예로서 수용 영역(110)에 배열된다. 광원(105)은 예를 들어 백색 발광 다이오드로 설계된다. 광원(105)에 의해 방출된 광은 감지 광 경로(145)에 의해 제 1 필터 디바이스(130)로 안내된 다음, 랩온 어칩 카트리지(115)의 여기 영역으로 안내된다. 랩온 어칩 카트리지(115)는 반응액, 예를 들어, 여기 영역에 대응하는 챔버의 반응액에서 형광 여기가 발생한다. 방출된 형광 광은 검출 광 경로(140)를 따라 제 2 필터 디바이스(130)로 안내되고 선택적 매크로 렌즈(150)에 의해 이미지 센서(120) 상에 이미징된다.
대응하는 검출 파장을 필터링하도록 설계된 컬러 필터는 선택적으로 제 2 필터 디바이스(130)에 배열된다. 이러한 방식으로, 검출될 파장은 필터 디바이스(130)를 통과할 수 있다. 광학 모듈은 또한 다수의 광원(105)을 가질 수 있다. 제 1 필터 디바이스(125) 및 제 2 필터 디바이스(130)는 이 경우 복수의 광 경로로부터 광을 필터링하거나 안내하도록 설계된다. 예를 들어, 단색 필터는 필터 디바이스(125, 130) 상에 배열된다.
이미지 센서(120)는 예를 들어, 하나 이상의 광원(105)이 덮는 것보다 더 큰 기록 필드를 가지는 CMOS 검출기로서 구현될 수 있다. 본 명세서에 도시된 광학 모듈(100)은 제어, 초기 테스트 및 다양한 검출 방법뿐만 아니라 다양한 기록 모드 및 상이한 기록 모드의 조합에 사용될 수 있으며, 이는 다음 도면을 참조하여 더 상세히 설명된다. 이는 광학 모듈(100)의 콤팩트한 설계에도 불구하고 다양한 검출 방법을 구현하는 것을 유리하게 한다. 모듈식 구조로 인해, 광학 모듈(100)은 명확하게 정의된 설계 규칙 및 인터페이스 사양으로 높은 구현 변형을 제공한다. 또한, 피드백 시스템 및 동적 단계 시퀀스를 구현하는 것이 유리하게 가능하다. 예를 들어 복수의 광원(105) 및 상응하는 형상의 필터 디바이스(125, 130)를 가지는 광학 모듈(100)의 구조에 따라, 프로세스를 병렬로 실행하고 기록하는 것이 또한 가능하다. 이를 위해, 예를 들어 실제 신호가 측정되기 전에 다양한 제어 기록이 동일하거나 다른 기록 모드에서 이루어진다. 컨트롤은 공간적으로 분해된 이미지일 수 있지만 실제 측정 값은 평균값이다. 이상이 발생하는 경우, 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 오류를 직접 평가하기 위해 검출 모드를 변경할 수 있다.
본 명세서에 도시된 광학 모듈(100)은 폴리머라제 연쇄 반응(PCR), 형광 측정 또는 pH 측정과 같은 측정 방법을 수행하기 위해, 특히 예로서 본 명세서에 도시된 랩온 어칩 카트리지(115)(랩온 어칩 또는 랩-온-칩이라고도 함)와 같은 마이크로 유체 시스템에 의해 유동적으로 처리되고 분석되는 다양한 생화학적 진단 방법을 평가하기 위해 랩온 어칩 분석 디바이스와 함께 사용될 수 있다. 광학 모듈(100)은 예를 들어 정량적 PCR(qPCR) 또는 실시간 qPCR을 수행하기 위해 사용될 수 있으며, 여기서는 각각의 PCR 주기 후에 형광 측정을 통해 DNA의 복제를 관찰할 수 있다. DNA 염료는 PCR 산물을 검출하고 정량화하는데 사용된다. 또 다른 형광 기반 방법은 DNA 서열에서 DNA 이중 가닥이 특정한 온도에서 녹는 용융 곡선 분석이다. 형광 염료가 방출되고 형광 신호의 변화가 검출될 수 있다. 온도는 예를 들어 20-95℃ 사이의 범위에서 10 분의 1도 단계로 통과하고, 형광은 각 온도 단계 후 또는 온도 상승 동안 측정된다. 서로 다른 염료를 사용하면 다중 테스트에서 서로 다른 DNA 서열을 검출할 수 있다(qPCR 및 용융 곡선 또는 기타 형광 기반 감지 방법 모두에서). 본 명세서에 도시된 광학 모듈(100)에 의해, 유리하게는 가장 작은 공간에서 짧은 시간에, 예를 들어 몇초 내에 다양한 염료의 형광을 판독하는 것이 가능하다.
형광 광학계의 여기 광 경로(135) 및 검출 광 경로(145)에서 필터 디바이스(125, 130)상에 광학 필터 요소의 배열 및 다음의 도 2 내지 도 5를 참고로 상세히 설명되는 필터 디바이스(125, 130)의 형상은 유리하게는 평균 0.5 초의 두 필터 요소 사이의 필터 교환 시간을 가능하게 하여 이미지 센서(120)의 이미지 기록 시간을 포함하는 4가지 색상에 대해 6초 반 미만의 사이클 시간이 가능하다. 형광 검출은 이미지 센서(120)에 의해, 예를 들어 20 × 20 평방 밀리미터보다 큰 넓은 검출 영역에 걸쳐 발생한다. 광학 모듈의 구조에 따라, 형광 여기는 각각 직경이 2 mm 이상인 랩온 어칩 카트리지(115)의 여러 챔버에서 잠재적으로 발생한다. 광학 모듈(100)의 폭은 예를 들어 200 mm 미만이다. 기록된 형광 이미지의 이미지 분석은 예를 들어 이미지 처리 알고리즘에 의해 수행된다. 이미지 내 챔버 위치 감지를 위한 시약 챔버 감지 및/또는 액체 플러그 감지 및 분석이 수행될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스용 광학 모듈을 위한 필터 디바이스(130)의 개략도를 도시한다.
본 명세서에 도시된 필터 디바이스(130)는 도 1을 참조하여 설명된 제 2 필터 디바이스와 유사하거나 대응한다. 광학 모듈에는 하나 이상의 광 경로가 있다. 도시된 실시예에 따르면, 필터 디바이스(130)는 광 경로를 위한 통로 개구(201) 및 추가 광 경로를 위한 선택적인 추가 통로 개구(202)를 가진다. 예를 들어, 필터 디바이스(130)는 길이가 250 mm 미만이고 폭이 100 mm 미만이다.
필터 디바이스(130)는 지지 요소(205), 필터 지지체(210) 및 구동 디바이스(215)를 가진다. 지지 요소(205)는 광학 모듈에 배열될 수 있다. 필터 지지체(210)는 지지 요소(205) 상에 이동 가능하게 배열된다. 또한, 필터 지지체(210)는 적어도 제 1 필터 영역(220) 및 제 2 필터 영역(225)을 가지며, 여기서 필터 지지체는 또한 예를 들어 제 3 필터 영역(230)을 가진다. 구동 디바이스(215)는 제 1 필터 영역(220)이 광 경로에 배치되는 제 1 위치와 제 2 필터 영역(225)이 광 경로에 배치되는 제 2 위치 사이에서 필터 지지체(210)를 이동시키도록 설계된다. 예를 들어, 광 경로가 제 1 관통 개구(201)를 통해 안내된다면, 필터 지지체(210)는 여기서 제 1 위치에 도시된다.
본 명세서에 도시된 실시예에 따르면, 구동 디바이스(215)는 톱니 형 벨트(235) 및 전기 모터를 가지는 벨트 드라이브로서 설계된다. 예를 들어, 전기 모터는 스테퍼 모터일 수 있다. 톱니 형 벨트(235)에 의해 필터 지지체(210)를 신속하게 이동시키고 정확하게 위치시킬 수 있다. 톱니 형 벨트(235)를 팽팽하게 당기기 위해 추가적인 인장 롤러(237)가 사용된다.
본 명세서에 도시된 실시예에 따르면, 필터 지지체(210)는 선형으로 이동 가능한 필터 슬라이드로 설계된다. 따라서 구동 디바이스(215)에 의해 이동될 수 있는 필터 지지체(210)는 예를 들어 필터 지지체의 제 1, 제 2 또는 추가 위치를 조정하기 위해 톱니 형 벨트(235)의 섹션을 따라 이동될 수 있다.
필터 슬라이드로서의 필터 지지체(210)에 추가하여, 본 명세서에 도시된 실시예에 따른 필터 디바이스(130)는 선택적인 추가 필터 슬라이드(240)를 가진다. 추가 필터 슬라이드(240)는 지지 요소(205) 상에 이동 가능하게 배열된다. 추가 필터 슬라이드(240)는 또한 추가 제 1 필터 영역 및 추가 제 2 필터 영역을 가진다. 필터 슬라이드 및 추가 필터 슬라이드(240)로서 필터 지지체(210)의 본 명세서에 도시된 위치에서, 추가 제 1 필터 영역은 제 1 필터 영역(220) 아래에 있고 추가 제 2 필터 영역은 제 2 필터 영역(225) 아래에 있다. 구동 디바이스(215)는 추가의 제 1 필터 영역이 광 경로에 배열되는 추가 제 1 위치와 추가의 제 2 필터 영역이 광 경로에 배열되는 추가의 제 2 위치 사이에서 추가 필터 슬라이드(240)를 이동시키도록 설계된다.
또한, 본 명세서에 도시된 실시예에 따른 필터 슬라이드 및 추가 필터 슬라이드(240)로서의 필터 지지체(210)는 적어도 부분적으로 서로 위에 배열된다. 또한, 필터 슬라이드(210) 및 추가 필터 슬라이드(240)는 서로에 대해 병진으로 변위될 수 있다. 이러한 방식으로 필터 영역들(220, 225, 230) 또는 추가 필터 영역들 중 하나에 따라 광 경로로 이동할 수 있다. 필터 영역(220, 225, 230)을 다른 필터 영역과 결합하는 것도 가능하다. 필터 영역(220, 225, 230) 및 다른 필터 영역 모두는 일 실시예에 따라 광학 필터로서 또는 빈 위치로 형성될 수 있으며, 이에 따라 예를 들어 랩온 어칩 분석기의 광학 모듈에서 본 명세서에 도시된 필터 디바이스(130)에 의해 화학 발광도 검출될 수 있다.
이 실시예에 따르면, 광학 모듈은 추가 광 경로를 가진다. 필터 슬라이드(210)의 제 1 위치에서, 제 1 필터 영역(220)은 통로 개구(201)를 통과하는 광 경로에 배열되고, 제 2 필터 영역(225)은 추가 통로 개구(202)를 통과하는 추가 광 경로에 배열된다. 추가로 또는 대안적으로, 추가 필터 슬라이드(240)의 추가 제 1 위치에서, 추가 제 1 필터 영역이 광 경로에 배열되고 추가 제 2 필터 영역이 추가 광 경로에 배열된다.
따라서 필터 디바이스(130) 및 광학 모듈이 장착된 상태에서, 광학 모듈에 수용된 랩온 어칩 카트리지의 하나 또는 여러 영역 또는 챔버에서 여러 형광 파 범위에서 형광 여기를 수행한 다음 이미지 영역을 통해 여러 형광 파장 범위에서 형광 검출을 수행할 수 있다. 필터 지지체 또는 추가 필터 슬라이드(240)에 배열된 필터의 필터 변경은 평균 0.5초 내에 구동 디바이스에 의해 가능하다. 이를 위해, 광학 모듈의 이미지 센서를 사용하여 검출하기 위해 필터 영역(220, 225, 230) 또는 추가 필터 영역 중 하나에 수용된 컬러 필터를 슬라이드시키기 위해 필터 슬라이드 및 추가 필터 슬라이드(240)로서의 필터 지지체(210)가 서로에 대해 병진 이동된다. 각각의 필터 슬라이드(210, 240)는 적어도 하나의 컬러 필터와 빈 위치를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 필터 슬라이드(210, 240)는 볼 베어링 레일에서 병진적으로 슬라이드하도록 설계된다. 이것은 250만 개 이상의 필터 교환으로 필터 슬라이드(210, 240)의 유지 보수없는 작동을 가능하게 한다. 필터 슬라이드(210, 240)의 위치는 센서에 의해 감지되고 모니터링된다. 이러한 방식으로, 필터 슬라이드(210, 240)의 최소화된 이동이 모든 필터 요소의 순차적인 이동 동안 가능하게 된다.
도 3은 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스용 광학 모듈을 위한 필터 디바이스(130)의 개략도를 도시한다. 도 2에 도시된 필터 디바이스의 실시예의 평면도가 도시되어 있으며, 따라서 필터 지지체(210)는 지지 요소(205) 상에 선형으로 이동 가능한 필터 슬라이드로서 배열되고, 필터 디바이스(130)는 추가 필터 슬라이드(240) 및 벨트 드라이브로서의 구동 디바이스(215)를 포함한다. 본 명세서에 도시된 실시예에 따르면, 필터 슬라이드(210) 및 추가 필터 슬라이드(240)는 풀리라고도 하는 구동 롤러(305)상의 전기 모터와 함께 톱니 형 벨트(235)에 의해 개별적으로 구동된다. 본 명세서에 도시된 실시예에 따르면, 필터 슬라이드(210) 및 추가 필터 슬라이드(240)의 위치는 광전 센서(310)에 의해 모니터링된다. 예를 들어, 광전 센서(310)는 지지 요소(205)의 측벽 상에 배열되고, 필터 슬라이드(210, 240)의 상이한 위치는 광전 센서(310)로부터 상이한 거리에 할당된다.
또한, 본 명세서에 도시된 실시예에 따르면, 제 1 필터 영역(220)은 광학 필터(315)로서 또는 빈 위치(320)로서 형성된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 2 필터 영역(225)은 광학 필터(315)로서 또는 빈 위치(320)로서 형성된다. 여기서, 예를 들어, 제 1 필터 영역(220) 및 제 2 필터 영역(225)은 광학 필터로서 설계되고, 제 3 필터 영역(230)은 빈 위치로서 설계된다. 빈 위치(320)를 형성하기 위해, 예를 들어, 필터 컷 아웃이 비워지고, 필터 영역(220, 225, 230) 중 하나를 광학 필터(315)로서 형성하기 위해, 광학 필터(315)가 필터 컷 아웃 상에 배열된다. 광학 모듈에 연결된 상태에서 필터 슬라이드(210)가 제 1 필터 영역(220)에 배치된 광학 필터(315), 예를 들어 컬러 필터가 이미지 영역, 즉 광 경로에 배치되도록 위치하는 경우, 추가 필터 슬라이드(240)는 예를 들어 빈 위치(320)가 제 1 필터 영역(220) 아래에 놓이도록 배치된다. 필터 슬라이드(210, 240) 중 하나가 이미지 영역에서 컬러 필터로서 광학 필터(315)의 위치에 위치하면, 다른 필터 슬라이더(210, 240)는 빈 위치에 있다. 두 필터 슬라이드(210, 240)가 모두 빈 위치로 설정되고 검출될 랩온 어칩 카트리지의 영역이 여기 광 경로에 의해 조명되지 않으면, 자체 발광 반응인 화학 발광 검출을 감지할 수 있다. 두 필터 슬라이드(210, 240)가 빈 위치(320)에 있고 다른 여기 파장이 여기 경로에서 활성화되면, 전체 이미지 영역의 제어 이미지가 기록될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스용 광학 모듈을 위한 필터 디바이스(125)의 개략도를 도시한다. 본 명세서에 도시된 필터 디바이스(125)는 도 1을 참조하여 설명된 제 1 필터 디바이스와 유사하거나 대응한다. 본 명세서에 도시된 실시예에 따르면, 필터 지지체(210)는 회전 가능한 필터 휠로서 설계되고 아래에서 필터 휠(210)이라고도 한다. 또한, 본 명세서에 도시된 실시예에 따르면, 필터 디바이스(125)는 선택적인 추가 필터 휠(405)을 가진다. 추가 필터 휠(405)은 추가 제 1 필터 영역(410) 및 추가 제 2 필터 영역(415)을 가진다. 필터 휠(210) 및 추가 필터 휠(405) 각각은 예를 들어 제 3 및 제 4 필터 영역을 가진다. 구동 디바이스(215)는 필터 휠(210) 및 추가 필터 휠(405) 모두를 이동시키도록 설계된다. 따라서, 구동 디바이스(215)는 추가 제 1 필터 영역(410)이 추가 광 경로에 배열되는 추가 제 1 위치와 추가 제 2 필터 영역(415)이 추가 광 경로에 배열되는 추가 제 2 위치 사이에서 추가 필터 휠(405)을 이동시키도록 설계된다.
본 명세서에 도시된 실시예에 따르면, 필터 휠(210, 405)은 하나의 평면에서 서로 나란히 놓이도록 배열된다. 또한, 필터 휠(210) 및 추가 필터 휠(405)은 구동 디바이스(215)의 톱니 형 벨트(235)에 의해 동기식으로 회전될 수 있다.
본 명세서에 도시된 실시예에 따르면, 필터 휠(210) 및 추가 필터 휠(405)은 각각 광학 필터가 여기 필터로서 배열되는 4개의 필터 영역(405, 410)을 가진다. 또한, 필터 휠(210, 405) 각각은 필요한 경우 광원, 예를 들어 백색 방출 여기 발광 다이오드의 광을 차단하기 위해, 예를 들어 어두운 이미지 또는 노이즈 이미지가 기록하거나 화학 발광 검출을 위해 블랙 위치를 갖는다.
유리하게는, 본 명세서에 도시된 필터 디바이스(125)의 형상은 본 명세서에 도시된 바와 같이 필터 휠(210, 405) 당 5개의 필터 영역을 형성할 수 있는 가능성과 함께, 예를 들어 200mm 미만의 폭을 가지는 콤팩트한 설계를 가능하게 한다. 예를 들어, 직경이 2mm 이상인 랩온 어칩 카트리지에 2개의 여기 영역이 있는 필터 휠(210, 405) 당 6개의 필터 위치의 배열도 가능하다. 광학 모듈의 여기 광 경로에서 구동 디바이스(215)와 함께 본 명세서에 도시된 필터 디바이스(125)의 배열은 유리하게는 0.5초 미만의 평균의 필터 변경을 가능하게 한다.
도 5는 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스를 위한 광학 모듈 용 필터 디바이스(125)를 가지는 조립체의 개략도를 도시한다. 도 4를 참조하여 설명된 필터 디바이스와 유사하거나 대응하는 필터 디바이스(125)에 추가하여, 조립체는 발광 다이오드의 형태로 필터 디바이스(125) 상에 배열된 2개의 광원(105)을 포함한다. 필터 디바이스(125)를 향하는 면에서, 각 광원(105)은 광 안내(light guide)를 포함한다. 여기에 표시된 광학 모듈 용 조립체의 기계 구성 요소는 예를 들어 플라스틱과 알루미늄으로 만들어진다. 구성 요소는 또한 광의 반사와 침투를 최소화하기 위해 검정색 또는 검정색으로 양극 산화 처리된다.
2개의 광원(105)은 예를 들어 온도 안정화된 백색 광원으로서 구현될 수 있고 그 강도는 제어 포토 다이오드에 의해 모니터링된다. 랩온 어칩 카트리지의 여러 영역 또는 챔버를 여기시키기 위해, 여러 광원(105) 및 필터 휠들(210, 405)이 서로 나란히 배열되며, 여기서는 예를 들어 각각 두 개이다. 빠른 필터 교환을 위해, 필터 휠(210, 405)은 벨트 드라이브 형태의 구동 디바이스(215)에 의해 이동된다. 광원(105)의 백색 발광 다이오드로부터의 광은 광 안내에 의해 랩온 어칩 카트리지 상의 여기 영역 및 필터로 선택적으로 안내된다.
본 명세서에 도시된 실시예에 따르면, 필터 디바이스(125)는 또한 센서(510)를 포함한다. 센서(510)는 여기서 광전 센서의 예로서 구체화된다. 또한, 센서(510)는 필터 지지체의 위치를 나타내는 센서 신호를 제공하도록 설계된다. 센서 신호는 구동 디바이스(215)를 제어하는데 사용될 수 있다. 또한, 필터 디바이스(125)는 필터 휠로서 설계된 필터 지지체(210) 및 지지 요소(205) 상에 회전 가능하게 배열된 추가 필터 휠(405)을 포함한다.
도 6은 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스용 광학 모듈을 위한 필터 디바이스(125)의 개략도를 도시한다. 본 명세서에 도시된 필터 디바이스(125)는도 4 및 5를 참조하여 설명된 필터 디바이스와 유사하거나 상응한다. 필터 휠 및 추가 필터 휠(405)로서의 필터 지지체(210)는 각각 5개의 필터 영역을 가지며, 그 중 하나는 광을 차단하기 위한 소위 블랙 위치로 구현되고 4개는 광학 필터로 구현된다. 광학 필터는 여기에서 예를 들어 여기 컬러 필터로 설계되고 필터 휠(210, 405)의 중앙에 위치하며 필터 휠(210, 405)에 단단히 접착된다. 필터 영역 및 따라서 컬러 필터는 필터 휠로서 필터 지지체(210)에 배치되고 추가 필터 휠(405)에 배치되어 동일한 컬러 필터가 두 필드에 배치되고 랩온 어칩 카트리지 상의 두 위치가 동시에 여기될 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터에는 검정, 회색, 빨강, 오렌지 및 파랑 색상이 있다.
도 7은 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스를 위한 광학 모듈의 일부의 개략도를 도시한다. 광학 모듈의 일부로서, 2개의 광원(105)이 예로서 도시된다. 원뿔 형상의 광 안내(705)가 각각의 광원(105) 상에 배열된다. 또한, 2개의 렌즈(710)가 도시되어 있는데, 그 중 하나는 광원(105)으로부터 멀리 향하는 각 광 안내(705)의 단부에 배열된다. 본 명세서에 도시된 광학 모듈의 일부는 또한 필터 휠 및 추가 필터 휠(405)로서의 필터 지지체(210)의 컷 아웃을 포함한다. 필터 휠 및 추가 필터 휠(405)로서의 필터 지지체(210)의 컷 아웃은 각각 광 안내(705)로부터 멀리 향하는 렌즈(710) 중 하나의 단부에 배치된다.
본 명세서에 도시된 실시예에 따르면, 광학 모듈은 하나 이상의 광원(105)을 포함한다. 여기서는, 각각 깔때기형 광 안내(705) 중 하나와 렌즈들(710) 중 하나를 가지는 2개의 발광 다이오드가 광원(105)으로서 병렬로 배열된다. 필터 휠들(210, 405)은 기어들에 의해 서로 연통하도록 설정된다. 모터 기어는 아래의 도 8에 도시된 바와 같이 두 필터 휠(210, 405)을 동시에 이동시킨다. 이들 서브 유닛은 필터 휠(210, 405)의 하류에서 결합되고 동일한 릴레이 렌즈를 공유한다. 그러나, 빔 경로는 광 안내(705)의 깔때기에서 렌즈(710)에 의해 공간적으로 분해된다. 서브 유닛은 서로 대칭이지만 비대칭으로 구현될 수도 있다. 광원(105)의 배열은 필터 휠(210, 405)의 구조 및 톱니로 인해 주어진다.
도 8은 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스용 광학 모듈을 위한 필터 디바이스(125)의 일부의 개략도를 도시한다. 필터 휠 및 추가 필터 휠로서의 필터 지지체(210)의 배열은 도 7을 참조하여 설명된 광학 모듈용 필터 디바이스(125)의 일부로부터 도시되어 있다. 본 명세서에 도시된 실시예에 따르면, 구동 디바이스(215)는 모터 기어(805)를 포함한다. 모터 기어(805)는 필터 영역의 위치를 필터 지지체(210) 및 추가 필터 휠(405) 상에 설정하기 위해, 필터 휠 및 추가 필터 휠로서의 필터 지지체(210)를 동기로 회전시키도록 설계되어 있다. 모터 기어(805)의 톱니는 필터 휠(210, 405)의 링 기어에 직접 결합된다. 이러한 방식으로 톱니 벨트가 생략될 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스를 위한 광학 모듈의 일부의 개략도를 도시한다. 매크로 렌즈와 결합된 카메라 또는 광학 모듈의 이미지 센서의 전체 시야(905)가 광학 모듈의 일부로 도시된다. 2개의 균일한 스폿(910, 911)은 이전 도면을 참조하여 설명된 광원과 유사하거나 상응하는 광원을 포함하는 노출 유닛에 의해 생성된다. 스폿(910, 911)은 광원(105)에 의해 조명되는 광학 모듈에 수용된 랩온 어칩 카트리지의 영역에 대응한다. 스팟(910, 911)은 표시된 스팟 영역에서 균일한 조명을 가진다. 형광 모드에서 작업하는 경우 필터에 해당하는 형광체가 표시된다. 분석 필터가 선택되면 산란광을 통해 주변을 더 많이 볼 수 있으며 전체 시야(905)도 관찰할 수 있다. 또한, 스팟(910, 911)은 정량적 형광 측정이 가능한 영역을 보여준다. 이 영역에서 정량적 흡수 측정도 가능하다. 로컬 해상도가 필요한 반사광 이미지의 경우, 높은 노출 시간과 산란광을 통해 이를 달성할 수 있다. 원하는 기록 영역, 측정할 시야(Region of Interest[ROI])는 소프트웨어를 통해 선택될 수 있다. 원하는 기록 영역은 이론적으로 픽셀과 전체 시야(905) 사이에서 이동한다. 동적 시야 선택은 데이터의 양을 감소시키는데 사용될 수 있으므로 전체 시야(905)가 저장되고 데이터 패킷으로서 전송될 필요가 없다. 소프트웨어 측면에서 이미지는 서로 다른 기록에서 서로 다른 원하는 기록 영역(ROI)을 결합하여 구성될 수도 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 광학 모듈(100)을 가지는 랩온 어칩 분석 디바이스(1000)의 개략도를 도시한다. 랩온 어칩 분석 디바이스(1000)에는 일회용 마이크로 유체 유닛 형태의 랩온 어칩 카트리지(115)가 배치된다. 화학 물질 및 유체 채널은 랩온 어칩 카트리지(115)에 위치한다. 예를 들어 광학 모듈(100)과 랩온 어칩 카트리지(115) 사이의 영구적으로 정의된 인터페이스의 형태에서, 제어 유닛, 상태 유닛, 기능 및 검출 유닛이 랩온 어칩 분석기(1000)에 통합된다. 중앙 제어 유닛(1005)은 랩온 어칩 분석 디바이스(1000)의 다른 모든 유닛을 오케스트레이션한다. 이를 위해, 제어 유닛(1005)은 랩온 어칩 분석 디바이스(1000)의 다음 유닛에 신호 전송이 가능하게 연결된다: 중앙 검출 유닛으로서 설계된 광학 모듈(100), 음파를 생성하거나 측정할 수 있는 음향 유닛(1010), 온도 유닛(1015), 사용자 인터페이스(1020), 공압 유닛(1025), 및 다양한 소프트웨어, 예를 들어, 분석-특정 평가 알고리즘 및 데이터 메모리가 있는 라이브러리(1030). 제어 유닛(1005)은 미리 정의된 단계의 분석 특정 프로토콜을 처리한다. 제어 유닛(1005)은 시간 제어 순서로 대응 유닛을 활성화한다. 제어 디바이스는 주로 명령을 보낸다. 그러나, 제어 유닛(1005)이 응답으로서 데이터를 수신하고 이를 평가한 다음, 분석 프로토콜의 연속을 결정하고 프로토콜을 동적으로 적응시키는 것도 가능하다.
본 명세서에 도시된 랩온 어칩 카트리지(115)와 같은 마이크로 유체 유닛을 처리할 수 있는 능력을 가진 본 명세서에 도시된 랩온 어칩 분석 디바이스(100)의 실시예와 같은 시스템에 추가하여, 동일한 아키텍처 및 용량을 가진 확장 시스템이 여러 마이크로 유체 유닛을 처리하도록 설계될 수 있다. 각각의 마이크로 유체 유닛은 광학 모듈(100)의 형태로 구조적으로 동일한 광학 유닛을 가질 수 있다. 대안적으로, 마이크로 유체 유닛은 광학 모듈(100)이 전동식 xy 스테이지, 즉 두 방향으로 움직일 수 있는 프레임에 의해 앞뒤로 밀리고 이미지가 연속적으로 기록되는 방식으로 배열될 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스용 광학 모듈을 작동하기 위한 방법(1100)의 흐름도를 도시한다. 본 명세서에 도시된 방법(1100)은 위에서 설명된 광학 모듈의 실시예를 동작시키기 위해 사용될 수 있다. 방법(1110)은 제 1 설정 신호를 제공하는 단계(1105), 제 2 설정 신호를 제공하는 단계(1110), 제 1 필터 변경 신호를 제공하는 단계(1115) 및 제 2 필터 변경 신호를 제공하는 단계(1120)를 포함한다. 단계(1105)에서 제 1 설정 신호는 분석 모드에 할당된 위치에서 제 1 필터 디바이스의 필터 지원을 설정하도록 설계된다. 분석 모드에 할당된 위치는, 예를 들어, 도 2 및 3을 참조하여 전술 한 바와 같이 필터 지지체의 제 1 위치 또는 제 2 위치일 수 있다. 단계(1110)에서 제 2 설정 신호는 분석 모드에 할당된 위치에서 제 2 필터 디바이스의 필터 지원을 설정하도록 설계된다. 단계(1115)에서 제 1 필터 변경 신호는 추가 분석 모드에 할당된 위치에서 제 1 필터 디바이스의 필터 지지체를 설정하도록 설계된다. 단계(1120)에서 제 2 필터 변경 신호는 추가 분석 모드에 할당된 위치에 제 2 필터 디바이스의 필터 지지체를 설정하도록 설계된다.
다음에서, 방법(1100)의 실시예 및 이에 따른 광학 모듈의 제 1 및 제 2 필터 디바이스의 예시적인 설정 및 필터 변경 옵션이 이미지 기록을 위한 다양한 모드를 사용하여 설명된다: 분석 모드에서, 광 경로는 "라이트 유닛의 방향과 검출 유닛의 방향에서 차단된 경우, 필터 LED라고도 하는 제 1 필터 디바이스의 필터 지지체와 필터 카메라라고도 하는 제 2 필터 디바이스의 필터 지지체는 "셔터 위치"에 있다. 예를 들어, "차단된" 분석 모드는 CMOS 칩의 잡음(Salt and Pepper 잡음)을 측정하는데 사용된다. 분석 모드 "입사광"에서, 필터 또는 분석 필터가 LED와 카메라 앞에 배치되지 않는다. 다양한 LED 필터를 LED 앞에 차례로 추가하고 그에 따라 추가할 수도 있다. 분석 모드 "입사광"에서, 분석 또는 여기 필터가 제 1 필터 디바이스의 필터 지지체의 조명된 필터 영역에 배치되고, 분석 필터 또는 필터 삽입물이 제 2 필터 디바이스의 필터 지지체의 조명된 필터 영역에 배치되지 않는다. 적절한 여기 및 방출 필터가 형광을 위해 설정된다. 분석 모드 "형광"에서는 여기 필터가 제 1 필터 디바이스의 해당 필터 영역에 배치되고 방출 필터가 제 2 필터 디바이스의 필터 영역에 배치된다. 화학 발광 측정을 위해 광원이 차단되고 분석 필터가 사용된다. 분석 모드 "화학 발광"에서는 제 1 필터 디바이스의 해당 필터 영역에 "셔터"가 있고, 제 2 필터 디바이스의 필터 영역에 분석 필터가 있거나 필터 삽입물이 없다. 이러한 모드는 동적 시야(Rol)와 결합될 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 랩온 어칩 분석 디바이스를 위한 광학 모듈의 사용의 개략도를 도시한다. 방법의 한 시퀀스에서 상이한 시야와 상이한 기록 모드의 조합이 표시된다. 제 1 기록 모드(1205)는 예로서 전체 시야를 나타낸다. 예를 들어, 마이크로 유체 유닛, 즉 랩온 어칩 카트리지의 위치가 제어될 수 있다. 이 정보를 사용하여 랩온 어칩 카트리지에 대한 상대 좌표계를 설정할 수 있다. 이는 제조 및 기계적 조건으로 인해 각각의 랩온 어칩 카트리지가 분석 디바이스인 랩온 어칩 분석 디바이스에서 약간 이동될 수 있기 때문에 흥미롭다. 이 정보는 한 번만 측정해야 하며 동일한 랩온 어칩 카트리지를 사용한 후속 기록에 대한 ROI를 동적으로 조정할 수 있다. 이러한 이미지는 유체가 마이크로 유체 채널에 존재하는지 여부를 확인하는데도 사용할 수 있다. 제 2 기록 모드(1210)는 분석 결과가 형광에 의해 어떻게 판독될 수 있는지를 보여준다. 다음 단계에서, 제 1 부분의 제 1 측정 방법이 완료되고 샘플이 추가로 처리되면, 제 3 기록 모드(1215)에 의해 표시된 것처럼 투과광 모드에서 이미지 기록을 사용하여 제 1 방법에서 제 2 방법으로의 전환이 성공했는지 또는 예를 들어 공기가 시스템에 들어 갔는지 또는 혼합이 발생하지 않았는지 여부가 제어된다. 다음 단계에서, 제 2 방법은 다른 기록 모드, 여기에 된시된 제 4 기록 모드(1220)로 기록될 수 있다. 모든 단계에서 동일한 광학 유닛, 광학 모듈로 서로 다른 필터 위치와 시야를 기록할 수 있다. 예를 들어, 제 1 단계에서 샘플 물질을 정제하고 PCR을 사용한 증폭이 일어나고 DNA 마이크로 어레이를 사용하여 PCR 산물의 특이성을 검출하는 분석이 실시된다. 보편적인 상황 보고서 외에도 분석물에 기포가 있는지 여부를 명 시야(bright field)에서 반복해서 측정할 수 있다. 그런 다음 PCR 후에 형광을 사용할 수 있다. 예를 들어 실시간으로 또는 시작 및 종료 지점 측정을 사용한다. 마이크로 어레이는 화학 발광을 사용하여 판독할 수 있다. 종종 PCR 반응 용기와 공간적으로 분리되는 마이크로 어레이는 설명된 분석 디바이스 시스템의 배열에 따라 랩온 어칩 카트리지에 쉽게 배열되고 채널을 통해 연결될 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 광학 모듈을 가지는 랩온 어칩 분석 디바이스의 사용의 개략도를 도시한다. 예를 들어, 도 10을 참조하여 설명한 바와 같이 랩온 어칩 분석 디바이스가 사용된다. 예를 들어, LoC 분석의 진행 상황을 동적으로 모니터링하기 위해 랩온 어칩 분석기를 사용하는 방법이 여기에 나와있다. 이를 위해, 본 명세서에 도시된 기록 모드(1305)에서 이미지가 기록된다. 그런 다음 평가가 발생하며 여기서 제 1 블록(1310)으로 표시된다. 정량적 측정(예를 들어, 형광 측정)이 수행되면 그 결과는 현장에서 평가된다. 신호가 관례적인 값에 따른 분석에 해당하는 경우, 테스트 시퀀스 또는 측정이 계속되고 그에 따라 기록 모드(1305)가 계속 수행된다. 측정된 값에서 이상이 발견되면, 측정 필드는 이상을 유발한 원인을 분석하기 위해 형광 대신 입사광과 같은 다른 분석 모드(1315)에서 측정된다. 편차 측정 및 알려진 이상과의 비교가 수행되며, 여기서 제 2 블록(1320)으로 표시된다. 편차 측정은 가능한 오류 라이브러리와 비교된다. 각 분석에는 이상에 대한 다른 원인이 있다. 다양한 녹화 모드로 확인 및 분석이 가능하다. 그 후 오류 분석은 라이브러리와 비교될 수 있으며, 여기에서 제 3 블록(1325) "오류 코드"로 표시된 해당 오류 메시지가 반환될 수 있다. 오류가 라이브러리에 기록되지 않은 경우 통신 인터페이스를 통해 플랫폼 공급자에게 다시 전송되고 분석되어 라이브러리에 새로운 요소로 추가될 수도 있다. 이 방법은 오류 메시지에 해당하는 라이브러리의 명령에 따라 계속되며, 여기에는 제 4 블록(1330)으로 표시된다.
일 실시예가 제 1 특징과 제 2 특징 사이의 "및/또는"의 접속사를 포함하는 경우, 이것은 상기 실시예가 한 실시 형태에 따라 제 1 특징과 제 2 특징을 모두 포함하고, 추가 실시 형태에 따라 제 1 특징 또는 제 2 특징만을 포함하는 것을 의미한다.
Claims (12)
- 랩온 어칩 분석 디바이스(1000)용 광학 모듈(100)용 필터 디바이스(125, 130)로서, 상기 광학 모듈(100)은 광 경로를 포함하며, 상기 필터 디바이스(125, 130)는
광학 모듈(100)에 배열될 수 있는 지지 요소(205);
지지 요소(205) 상에 이동 가능하게 배열되고 제 1 필터 영역(220) 및 제 2 필터 영역(225)을 가지는 필터 지지체(210);
상기 광 경로에 상기 제 1 필터 영역(220)이 배치된 제 1 위치와 상기 광 경로에 상기 제 2 필터 영역(225)이 배치된 제 2 위치 사이에서 필터 지지체(210)를 이동시키도록 설계된 구동 디바이스(215)를 포함하는, 필터 디바이스(125, 130). - 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 필터 영역(220) 및/또는 상기 제 2 필터 영역(230)은 광학 필터(315)로서 또는 빈 위치(320)로서 형성되는, 필터 디바이스(125, 130).
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 구동 디바이스(215)는 톱니 형 벨트(235) 및 전기 모터를 가지는 벨트 구동 디바이스로서 설계되는, 필터 디바이스(125, 130).
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 필터 지지체(210)의 위치를 나타내는 센서 신호를 제공하도록 설계된 센서(310; 510)를 포함하는, 필터 디바이스(125, 130).
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 지지체(210)는 선형으로 이동 가능한 필터 슬라이드 또는 회전 가능한 필터 휠로서 설계되는, 필터 디바이스(125, 130).
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 지지체(210)는 선형으로 이동 가능한 필터 슬라이드로서 그리고 지지 요소(205) 상에 이동 가능하게 배열되고 추가의 제 1 필터 영역 및 추가의 제 2 필터 영역을 가지는 추가 필터 슬라이드(240)와 함께 설계되고, 상기 구동 디바이스(215)는 추가 제 1 필터 영역이 광 경로에 배치되는 추가 제 1 위치와 추가 제 2 필터 영역이 광 경로에 배치되는 추가 제 2 위치 사이에서 추가 필터 슬라이드(240)를 이동시키도록 설계되는, 필터 디바이스(125, 130).
- 제 6 항에 있어서,
상기 광학 모듈(100)은 추가 광 경로를 가지며, 상기 필터 슬라이드의 제 1 위치에서 상기 제 1 필터 영역(220)이 광 경로에 배열되고, 제 2 필터 영역(225)이 추가 광 경로에 배열되고 및/또는 상기 추가 필터 슬라이드(240)의 추가 제 1 위치에서, 상기 추가 제 1 필터 영역은 광 경로에 배열되고, 상기 추가 제 2 필터 영역은 추가 광 경로에 배열되는, 필터 디바이스(125, 130). - 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 필터 슬라이드 및 상기 추가 필터 슬라이드(240)는 적어도 부분적으로 서로 위에 배치되고 서로에 대해 병진 변위 가능한, 필터 디바이스(125, 130).
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 모듈(100)은 추가 광 경로를 가지며, 상기 필터 지지체(210)는 필터 휠로서 그리고 상기 지지 요소(205)에서 회전할 수 있게 배치되고 추가 제 1 필터 영역(410) 및 추가 제 2 필터 영역(415)을 가지는 추가 필터 휠(405)과 함께 설계되고, 상기 구동 디바이스(215)는 상기 추가 제 1 필터 영역(410)이 상기 추가 광 경로에 배치되는 추가 제 1 위치와 상기 추가 제 2 필터 영역(415)이 상기 추가 광 경로에 배치되는 추가 제 2 위치 사이에서 상기 추가 필터 휠(405)을 이동시키도록 설계되는, 필터 디바이스(125, 130).
- 제 9 항에 있어서, 필터 휠들(405)은 서로 나란히 배치되고 동시에 회전 가능한, 필터 디바이스(125, 130).
- 랩온 어칩 분석기(1000)용 광학 모듈(100)로서, 상기 광학 모듈(100)은
광원(105);
랩온 어칩 카트리지(115)를 위한 수용 영역(110);
이미지 센서(120);
상기 광원(105)과 상기 수신 영역(110) 사이의 여기 광 경로(135)에 배열되는, 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 제 1 필터 디바이스(125); 및
상기 수용 영역(110)과 상기 이미지 센서(120) 사이의 검출 광 경로(140)에 배열되는, 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 제 2 필터 디바이스(130)를 포함하는, 광학 모듈(100). - 제 11 항에 따른 랩온 어칩 분석기(1000)용 광학 모듈(100)을 작동하는 방법(1100)으로서,
분석 모드에 할당된 위치에서 상기 제 1 필터 디바이스(125, 130)의 필터 지지체(210)를 설정하도록 설계된 제 1 설정 신호를 제공하는 단계(1105);
상기 분석 모드에 할당된 위치에서 상기 제 2 필터 디바이스(125, 130)의 필터 지지체(210)를 설정하도록 설계된 제 2 설정 신호를 제공하는 단계(1110);
추가 분석 모드에 할당된 위치에서 상기 제 1 필터 디바이스(125, 130)의 상기 필터 지지체(210)를 설정하도록 설계된 제 1 필터 변경 신호를 제공하는 단계(1115); 및
상기 추가 분석 모드에 할당된 위치에서 상기 제 2 필터 디바이스(125, 130)의 상기 필터 지지체(210)를 설정하도록 설계된 제 2 필터 변경 신호를 제공하는 단계(1120)를 포함하는, 작동 방법(1100).
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