KR20220024766A - 대변 샘플 처리 시스템 및 방법 - Google Patents
대변 샘플 처리 시스템 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 출원에 대변 샘플을 수집, 처리, 및 분석하는 방법 및 시스템이 개시된다. 대변 샘플은 대변 수집기를 이용하여 개체로부터 수집될 수 있고 수집 유닛 내에 수집될 수 있다. 대변 샘플은 센서를 이용하여 분석될 수 있다. 센서는 예를 들어 핵산 또는 단백질 분석을 위해 대변 샘플의 하나 이상의 파라미터를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 하나 이상의 생체분자(예를 들어, 단백질, 핵산)는 본 출원에 개시된 방법 및 시스템을 이용하여 대변 샘플로부터 추출 또는 단리될 수 있다.
Description
상호 참조
본 출원은 2019년 6월 20일에 출원된 미국 가특허 출원 62/864,419의 이익을 주장하고, 이는 그 전체 내용이 본 출원에 참고로 인용된다.
샘플은 다양한 목적, 예를 들어 샘플의 특성 확인을 위해 수집될 수 있다. 샘플은 생물학적 샘플 또는 생물학 유래 샘플일 수 있다. 생물학적 샘플은 예를 들어 질병 검출 및 진단, 오염물질의 확인 또는 스크리닝을 위해 처리될 수 있다. 샘플을 처리하기 위해 다양한 접근법이 수행될 수 있고, 그 예로는 폴리머라아제 연쇄 반응(PCR) 및 서열결정, 또는 효소적 어세이를 이용하는 것을 들 수 있다.
생물학적 샘플은 다양한 접근법, 예를 들어 물리적 포획을 이용하여 수집될 수 있다. 생물학적 샘플의 추가 분석을 가능하게 하는 디바이스 또는 시스템은 생물학적 샘플을 포획 또는 수집하기 위해 이용될 수 있다.
생물학적 샘플은 예를 들어 화학적으로 또는 물리적으로 처리하는 것과 같이 다양하게 처리될 수 있다. 샘플은 예를 들어 정성적으로 또는 정량적으로 처리될 수 있는 샘플 또는 종(species)을 산출하기 위해 가열 또는 냉각, 화학 반응, 기계적 반응에 의해 처리될 수 있다.
요약
한 관점에서, 본 출원에 대변 샘플의 처리 방법이 개시되는데, 상기 방법은 (a) 제1 위치에서 상기 대변 샘플을 수용하는 단계로서, 상기 대변 샘플은 상기 제1 위치와 상이한 제2 위치에서 수집되고, 상기 제2 위치는 상기 제1 위치의 1 마일 이내인 단계; 및 (b) 상기 제1 위치에서, 상기 대변 샘플 유래의 적어도 하나의 생체분자를 추출 또는 단리하기 위해 상기 대변 샘플을 자동적으로 처리하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 단계 (b)의 상기 적어도 하나의 생체분자 또는 이의 유도체를 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치와 상이한 제3 위치로 전달하는 단계를 추가로 포함하고, 이때 제3 위치에서 적어도 하나의 생체분자 또는 이의 유도체는 적어도 하나의 생체분자의 적어도 일부분을 확인하기 위해 분석된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 상기 제1 위치에서 상기 적어도 하나의 생체분자를 분석하는 단계를 추가로 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 적어도 하나의 생체분자는 데옥시리보핵산(DNA) 분자를 포함하고, 상기 분석 단계는 상기 DNA 분자의 서열결정을 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 적어도 하나의 생체분자는 핵산, 폴리펩타이드, 단백질, 지질, 탄수화물, 대사산물, 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된다. 몇몇 실시양태에서, 단계 (b)는 상기 적어도 하나의 생체분자를 추출 또는 단리하기 위해 하나 이상의 비드를 이용하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 하나 이상의 비드는 하나 이상의 자기 비드를 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 대변 샘플은 수집 유닛 내에서 수용되고 처리된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 수집 유닛은 센서 및 전자장치 유닛을 포함하는 감지 유닛을 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 상기 적어도 하나의 생체분자를 분석하기 위해 상기 센서를 이용하는 단계를 추가로 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 감지 유닛의 상기 전자장치 유닛은 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체의 데이터를 전자 디바이스에 전송하기 위한 통신 인터페이스를 포함하고, 상기 전자 디바이스는 상기 통신 인터페이스와 통신한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 상기 수집 유닛을 자동적으로 세정하는 단계를 추가로 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 수집 유닛은 저장 유닛을 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 저장 유닛은 다중 웰 유닛을 포함하고, 상기 적어도 하나의 생체분자는 상기 다중 웰 유닛의 웰 내에서 추출 또는 단리된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 저장 유닛은 복수의 카트리지를 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 상기 저장 유닛 내에 상기 적어도 하나의 생체분자를 저장하는 단계를 추가로 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 저장 유닛은 상온에서 저장된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 수집 유닛은 어레이를 포함하고, 상기 적어도 하나의 생체분자는 상기 어레이를 이용하여 추출 또는 단리된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 상기 어레이 상에서 상기 적어도 하나의 생체분자를 분석하는 단계를 추가로 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 단계 (b)는 상기 대변 샘플을 균질화하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 단계 (b)는 상기 대변 샘플 내의 하나 이상의 세포의 용해를 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 용해는 초음파 용해, 기계적 용해, 생물학적 용해, 및 화학적 용해로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 멤버를 이용하여 수행된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 용해는 기계적 용해를 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 기계적 용해는 비드를 이용하여 수행된다. 몇몇 실시양태에서, 단계 (b)는 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체를 여과하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 다른 대변 샘플로부터 적어도 하나의 생체분자를 추출 또는 단리하기 위해 상기 다른 대변 샘플을 자동적으로 처리하는 단계 (c)를 추가로 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 단계 (b) 및 (c)는 사용자의 관여 없이 수행된다.
다른 관점에서, 본 출원에 개체의 대변 샘플 처리 방법이 제공되는데, 상기 방법은 (a) (i) 변기(toilet)에 연결된(coupled) 제1 하우징을 포함하는 대변 수집기 및 (ii) 제2 하우징을 포함하는 수집 유닛으로서, 상기 제2 하우징은 상기 제1 하우징에 연결되는 수집 유닛을 제공하는 단계; (b) 상기 개체의 상기 대변 샘플을 수집하기 위해 상기 대변 수집기를 이용하는 단계; 및 (c) 상기 수집 유닛 내에서 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체로부터 생체분자를 추출 또는 단리하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 수집 유닛은 유체 유동 경로를 통해 상기 대변 수집기에 연결된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 수집 유닛은 전자장치 유닛을 포함하는 센서를 추가로 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 상기 생체분자를 분석하기 위해 상기 센서를 이용하는 단계를 추가로 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 센서의 상기 전자장치 유닛은 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체의 데이터를 전자 디바이스에 전송하기 위한 통신 인터페이스를 포함하고, 상기 전자 디바이스는 상기 통신 인터페이스와 통신한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 통신 인터페이스는 무선 통신 인터페이스이다. 몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 단계 (c) 이전에, 처리된 대변 샘플을 산출하기 위해 상기 대변 샘플을 처리하는 단계를 추가로 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 생체분자는 상기 처리된 대변 샘플로부터 추출 또는 단리된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 처리 단계는 상기 대변 샘플을 균질화하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 처리 단계는 상기 대변 샘플 내의 하나 이상의 세포의 용해를 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 처리 단계는 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체를 여과하는 단계를 포함하다. 몇몇 실시양태에서, 상기 용해는 초음파 용해, 기계적 용해, 생물학적 용해, 및 화학적 용해로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 멤버를 이용하여 수행된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 용해는 기계적 용해를 이용한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 기계적 용해는 비드를 이용하여 수행된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 단계 (c) 이후에 상기 수집 유닛 내의 상기 비드를 자동적으로 대체하는 단계를 추가로 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 단계 (c) 이후에 상기 수집 유닛 내의 상기 비드를 자동적으로 세정하는 단계를 추가로 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 대변 수집기 및 상기 수집 유닛은 용해 챔버와 유체 연통하고, 상기 처리는 상기 용해 챔버 내에서 일어난다. 몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 상기 대변 수집기 또는 상기 수집 유닛을 자동적으로 세정하는 단계를 추가로 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 대변 수집기 또는 상기 수집 유닛은 사용자로부터의 임의의 관여 없이 자동적으로 세정된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 생체분자는 핵산, 폴리펩타이드 또는 단백질, 지질, 탄수화물, 또는 대사산물이다. 몇몇 실시양태에서 단계 (c)는 상기 추출 또는 단리를 수행하기 위해 하나 이상의 비드를 이용하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 하나 이상의 비드는 하나 이상의 자기 비드를 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체를 이미징하는 단계를 추가로 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 수집 유닛은 저장 유닛을 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 저장 유닛은 다중 웰 유닛을 포함하고, 상기 생체분자는 상기 다중 웰 유닛의 웰 내에서 추출 또는 단리된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 상기 저장 유닛 내에 상기 생체분자를 저장하는 단계를 추가로 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 저장 유닛은 상온에서 저장된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 수집 유닛은 어레이를 포함하고, 상기 생체분자는 상기 어레이를 이용하여 추출 또는 단리된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 수집 유닛은 어레이를 포함하고, 상기 생체분자는 상기 어레이를 이용하여 분석된다.
또 다른 관점에서, 본 출원에 개체의 대변 샘플 처리 시스템이 개시되는데, 상기 시스템은 변기에 연결되도록 구성된 대변 수집기; 및 상기 대변 수집기에 연결되거나 또는 연결되도록 구성된 수집 유닛을 포함하고, 이때 상기 대변 수집기는 상기 개체의 상기 대변 샘플을 수집하도록 구성되고, 상기 수집 유닛은 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체 유래의 생체분자를 추출 또는 단리하도록 구성된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 수집 유닛은 유체 유동 경로를 통해 상기 대변 수집기에 연결되거나 또는 연결되도록 구성된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 수집 유닛은 전자장치 유닛을 포함하는 센서를 추가로 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 센서는 상기 생체분자를 분석하도록 구성된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 센서의 상기 전자장치 유닛은 상기 대변 샘플의 데이터를 전자 디바이스에 전송하기 위한 통신 인터페이스를 포함하고, 상기 전자 디바이스는 상기 통신 인터페이스와 통신한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 통신 인터페이스는 무선 통신 인터페이스이다.
본 개시내용의 다른 관점에서, 본 출원에 개체의 대변 샘플 분석 방법이 제공되는데, 상기 방법은 (a) (i) 변기에 연결된 대변 수집기 및 (ii) 전자장치 유닛을 포함하는 센서를 포함하는 감지 유닛으로서, 상기 감지 유닛은 상기 대변 수집기에 연결되는 감지 유닛을 제공하는 단계; (b) 상기 개체의 상기 대변 샘플을 수집하기 위해 상기 대변 수집기를 이용하는 단계; (c) 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체를 상기 감지 유닛에 전달하는(directing) 단계; (d) 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체를 처리하기 위해 상기 센서의 상기 전자장치 유닛을 이용함으로써 처리된 대변 샘플을 산출하는 단계; 및 (e) (i) 상기 처리된 대변 샘플 또는 이의 유도체, 또는 (ii) 상기 처리된 대변 샘플 내의 화학적 또는 생물학적 물질을 분석하기 위해 상기 센서를 이용하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 전자장치 유닛은 상기 처리된 대변 샘플 또는 이의 유도체에 전기장을 인가하기 위한 전기 주입구를 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 화학적 또는 생물학적 물질은 세포, 바이러스, 핵산, 폴리펩타이드 또는 단백질, 지질, 탄수화물, 저분자, 금속 또는 대사산물이다. 몇몇 실시양태에서, 상기 센서는 마이크로플루이딕 디바이스를 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 센서의 상기 전자장치 유닛은 상기 파라미터의 데이터를 전자 디바이스에 전송하기 위한 통신 인터페이스를 포함하고, 상기 전자 디바이스는 상기 통신 인터페이스와 통신한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 통신 인터페이스는 무선 통신 인터페이스이다. 몇몇 실시양태에서, 상기 무선 통신 인터페이스는 Wi-Fi 인터페이스이다. 몇몇 실시양태에서, 상기 무선 통신 인터페이스는 근거리 무선 통신 인터페이스이다. 몇몇 실시양태에서, 상기 무선 통신 인터페이스는 블루투스 인터페이스이다. 몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 상기 처리된 대변 샘플 또는 이의 유도체를 이미징하는 단계를 추가로 포함한다.
또 다른 관점에서, 본 출원에 개체의 대변 샘플 분석 시스템이 개시되는데, 상기 시스템은 변기에 연결되도록 구성된 대변 수집기; 및 전자장치 유닛을 포함하는 센서를 포함하는 감지 유닛으로서, 이때 상기 감지 유닛은 상기 대변 수집기에 연결되거나 또는 연결되도록 구성되는 감지 유닛을 포함하고; 상기 대변 수집기는 상기 개체의 상기 대변 샘플을 수집하도록 구성되고, 상기 감지 유닛은 상기 개체로부터 수집된 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체를 수용하도록 구성되고, 상기 전자장치 유닛은 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체를 처리하도록 구성되고, 및 상기 센서는 (i) 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체, 또는 (ii) 상기 대변 샘플 내의 화학적 또는 생물학적 물질을 분석하도록 구성된다.
몇몇 실시양태에서, 상기 대변 수집기는 유체 유동 경로를 통해 상기 감지 유닛에 연결되거나 또는 연결되도록 구성된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 센서의 상기 전자장치는 상기 대변 샘플의 데이터를 전자 디바이스에 전송하기 위한 통신 인터페이스를 포함하고, 상기 전자 디바이스는 상기 통신 인터페이스와 통신한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 통신 인터페이스는 무선 통신 인터페이스이다. 몇몇 실시양태에서, 상기 전자장치 유닛은 상기 처리된 대변 샘플 또는 이의 유도체에 전기장을 인가하기 위한 전기 주입구를 포함한다.
다른 관점에서, 본 출원에 대변 샘플 분석 방법이 개시되는데, 상기 방법은 (a) (i) 변기에 연결되도록 구성된 대변 수집기 및 (ii) 전자장치 유닛을 포함하는 센서로서, 이때 센서는 대변 수집기에 연결되도록 구성되는 센서를 제공하는 단계; (b) 변기 내의 위치로부터 개체의 대변 샘플을 수집하기 위해 대변 수집기를 이용하는 단계; (c) 처리된 대변 샘플을 산출하기 위해 대변 샘플을 센서에 전달하는 단계; (d) 처리된 대변 샘플의 파라미터를 분석하기 위해 센서의 전자장치 유닛을 이용하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 파라미터는 미생물 핵산, 인간 핵산, 바이러스 핵산, 미생물 세포, 인간 세포, 혈액, 대사산물, 단백질, 저분자, 및 금속으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 분자의 존재를 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 센서는 마이크로플루이딕 디바이스의 부품이다. 몇몇 실시양태에서, 상기 센서는 상기 마이크로플루이딕 디바이스에 연결된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 센서의 전자장치 유닛은 상기 파라미터의 데이터를 전자장치 디바이스에 전송하기 위한 통신 인터페이스를 포함하고, 상기 전자장치 디바이스는 상기 통신 인터페이스와 통신한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 통신 인터페이스는 무선 통신 인터페이스이다. 몇몇 실시양태에서, 상기 무선 통신 인터페이스는 Wi-Fi 인터페이스이다. 몇몇 실시양태에서, 상기 무선 통신 인터페이스는 근거리 무선 통신 인터페이스이다. 몇몇 실시양태에서, 상기 무선 통신 인터페이스는 블루투스 인터페이스이다. 몇몇 실시양태에서, 상기 방법은 상기 처리된 대변 샘플 또는 이의 유도체를 이미징하는 단계를 추가로 포함한다.
본 개시내용의 다른 관점은 하나 이상의 컴퓨터 프로세서에 의한 실행 시 상기 또는 본 출원의 다른 곳의 임의의 방법을 실행하는 기계 실행 가능한 코드를 포함하는 비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 매체를 제공한다.
본 개시내용의 다른 관점은 하나 이상의 컴퓨터 프로세서 및 거기에 연결된 컴퓨터 메모리를 포함하는 시스템을 제공한다. 컴퓨터 메모리는 하나 이상의 컴퓨터 프로세서에 의한 실행 시 상기 또는 본 출원의 다른 곳의 임의의 방법을 실행하는 기계 실행 가능한 코드를 포함한다.
본 개시내용의 추가의 관점 및 이점은 후술하는 상세한 설명으로부터 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 용이하게 명백하게 될 것이며, 이때 본 개시내용의 단지 예시적인 실시양태가 도시되고 기재된다. 인식되는 바와 같이, 본 개시내용은 다른 및 상이한 실시양태일 수 있고, 그의 몇몇 상세한 내용은 본 개시내용을 벗어나지 않는 여러 가지 명백한 관점에서 변형일 수 있다. 따라서, 도면 및 상세한 설명은 전적으로 예시적인 것으로 간주되어야 하고, 제한적인 것이 아니다.
참조 인용
본 명세서에 언급된 모든 간행물, 특허, 및 특허 출원은 각각의 개별적인 간행물, 특허, 또는 특허 출원이 참고로 인용되는 것으로 구체적이고 개별적으로 나타낸 바와 동일한 정도로 본 출원에 참고로 인용된다. 참고로 인용된 간행물 및 특허 또는 특허 출원이 본 명세서에 포함된 개시내용에 모순되는 범위 내에서, 본 명세서는 임의의 그러한 모순되는 내용을 대체하고/하거나 우선하는 것으로 의도된다.
본 발명의 신규한 특징은 첨부된 청구범위에 구체적으로 기재되어 있다. 본 발명의 특징 및 이점의 더 양호한 이해는 본 발명의 원리가 활용되는 예시적인 실시양태를 기재하는 후술하는 상세한 설명 및 첨부 도면(본 출원에서 "도면" 및 "도"로도 언급된다)을 참조하면 가능할 것이다.
도 1은 대변 샘플을 분석하기 위한 예시적인 워크플로우를 모식적으로 나타낸다. 도 1a는 마이크로플루이딕 디바이스를 포함하는 예시적인 센서를 이용하여 대변 샘플을 분석하기 위한 예시적인 워크플로우를 나타낸다. 도 1b는 다른 예시적인 센서 및 수집 유닛을 이용하여 대변 샘플을 분석하기 위한 예시적인 워크플로우를 나타낸다.
도 2는 대변 샘플 또는 이의 유도체의 파라미터를 분석하기 위해 대변 샘플을 처리하는 센서의 모식도를 나타낸다. 도 2a는 대변 샘플을 분석하기 위한 마이크로플루이딕 디바이스의 모식도를 나타낸다. 도 2b는 복수의 피쳐(feature)를 포함하는 마이크로플루이딕 디바이스의 모식도를 나타낸다. 도 2c는 복수의 피쳐를 포함하는 마이크로플루이딕 디바이스의 대안적인 모식도를 나타낸다.
도 3은 대변 샘플의 추가 처리를 위해 사용된 예시적인 마이크로플루이딕 디바이스를 모식적으로 나타낸다.
도 4는 대변 샘플을 분석하기 위해 사용된 마이크로플루이딕 디바이스의 이미지를 제공한다. 도 4a는 복수의 레저버(reservoir)에 연결된 마이크로플루이딕 디바이스를 나타낸다. 도 4b는 대변 샘플을 처리 및/또는 분석하기 위한 채널을 포함하는 마이크로플루이딕 디바이스를 나타낸다. 도 4c는 대변 샘플을 처리 및/또는 분석하기 위한 전기적인 구성요소에 연결된 마이크로플루이딕 디바이스를 나타낸다.
도 5는 대변 샘플의 파라미터를 분석하기 위해 사용된 예시적인 마이크로플루이딕 디바이스를 모식적으로 나타낸다.
도 6은 처리된 대변 샘플의 파라미터를 분석하기 위한 예시적인 시스템을 모식적으로 나타낸다.
도 7은 모의 대변 샘플 내에서 측정된 DNA의 비율(abundance)의 예시적인 데이터를 나타낸다.
도 8은 모의 대변 샘플 내에서 측정된 DNA의 비율의 다른 예시적인 데이터를 나타낸다.
도 9는 대변 수집기 및 수집 유닛을 포함하는 시스템의 예를 모식적으로 나타낸다.
도 10은 대변 수집기의 예를 나타낸다.
도 11은 대변 수집기의 다른 예를 나타낸다.
도 12는 대변 수집기의 또 다른 예를 나타낸다.
도 13은 대변 수집기의 또 다른 예를 나타낸다.
도 14는 수집 유닛의 예를 나타낸다. 도 14a는 내장형 수집 유닛을 나타낸다. 도 14b는 수집 유닛의 예시적인 하우징을 나타낸다. 도 14c는 수집 유닛의 예시적인 하우징 및 커버를 나타낸다.
도 15는 예시적인 시스템 구조의 다이어그램을 나타낸다. 도 15a는 대변 수집기 및 수집 유닛을 포함하는 예시적인 시스템 구조를 나타낸다. 도 15b는 대변 수집기의 예시적인 구조의 확대도를 나타낸다. 도 15c는 수집 유닛의 예시적인 구조의 확대도를 나타낸다.
도 16은 대변 수집기 또는 수집 유닛 내에 포함될 수 있는 용해 시스템의 두 가지 예를 모식적으로 나타낸다. 도 16a는 용해 챔버 및 회전 가능한 임펠러를 포함하는 용해 시스템을 나타낸다. 도 16b는 또한 용해 챔버 및 회전 가능한 임펠러를 포함하는 다른 예시적인 용해 시스템을 모식적으로 나타낸다.
도 17은 수집 유닛의 용해 유닛 내로 비드를 디스펜싱하기 위한 예시적인 메커니즘을 모식적으로 나타낸다. 도 17a는 비드 디스펜싱 유닛의 사시도를 나타낸다. 도 17b는 개방된 배치의 비드 디스펜싱 유닛의 단면도를 나타낸다. 도 17c는 폐쇄된 배치의 비드 디스펜싱 유닛의 단면도를 나타낸다.
도 18은 예시적인 수집 유닛 내의 예시적인 저장 유닛을 나타낸다.
도 19는 대변 샘플 내의 추출된 생체분자의 측정된 비율의 예시적인 데이터를 나타낸다.
도 20은 서열결정을 이용하여 추출된 생체분자의 측정된 비율의 예시적인 데이터를 나타낸다.
도 21은 서열결정을 이용하여 추출된 생체분자의 측정된 비율의 추가의 예시적인 데이터를 나타낸다.
도 22는 본 출원에서 제공된 방법을 실시하도록 프로그래밍되거나 구성되는 컴퓨터 시스템을 나타낸다.
도 23은 예시적인 컨트롤러 구조를 모식적으로 나타낸다.
도 24는 마이크로컨트롤러 유닛을 모식적으로 나타낸다.
도 25는 스텝퍼 드라이버를 포함하는 컨트롤러를 모식적으로 나타낸다.
도 1은 대변 샘플을 분석하기 위한 예시적인 워크플로우를 모식적으로 나타낸다. 도 1a는 마이크로플루이딕 디바이스를 포함하는 예시적인 센서를 이용하여 대변 샘플을 분석하기 위한 예시적인 워크플로우를 나타낸다. 도 1b는 다른 예시적인 센서 및 수집 유닛을 이용하여 대변 샘플을 분석하기 위한 예시적인 워크플로우를 나타낸다.
도 2는 대변 샘플 또는 이의 유도체의 파라미터를 분석하기 위해 대변 샘플을 처리하는 센서의 모식도를 나타낸다. 도 2a는 대변 샘플을 분석하기 위한 마이크로플루이딕 디바이스의 모식도를 나타낸다. 도 2b는 복수의 피쳐(feature)를 포함하는 마이크로플루이딕 디바이스의 모식도를 나타낸다. 도 2c는 복수의 피쳐를 포함하는 마이크로플루이딕 디바이스의 대안적인 모식도를 나타낸다.
도 3은 대변 샘플의 추가 처리를 위해 사용된 예시적인 마이크로플루이딕 디바이스를 모식적으로 나타낸다.
도 4는 대변 샘플을 분석하기 위해 사용된 마이크로플루이딕 디바이스의 이미지를 제공한다. 도 4a는 복수의 레저버(reservoir)에 연결된 마이크로플루이딕 디바이스를 나타낸다. 도 4b는 대변 샘플을 처리 및/또는 분석하기 위한 채널을 포함하는 마이크로플루이딕 디바이스를 나타낸다. 도 4c는 대변 샘플을 처리 및/또는 분석하기 위한 전기적인 구성요소에 연결된 마이크로플루이딕 디바이스를 나타낸다.
도 5는 대변 샘플의 파라미터를 분석하기 위해 사용된 예시적인 마이크로플루이딕 디바이스를 모식적으로 나타낸다.
도 6은 처리된 대변 샘플의 파라미터를 분석하기 위한 예시적인 시스템을 모식적으로 나타낸다.
도 7은 모의 대변 샘플 내에서 측정된 DNA의 비율(abundance)의 예시적인 데이터를 나타낸다.
도 8은 모의 대변 샘플 내에서 측정된 DNA의 비율의 다른 예시적인 데이터를 나타낸다.
도 9는 대변 수집기 및 수집 유닛을 포함하는 시스템의 예를 모식적으로 나타낸다.
도 10은 대변 수집기의 예를 나타낸다.
도 11은 대변 수집기의 다른 예를 나타낸다.
도 12는 대변 수집기의 또 다른 예를 나타낸다.
도 13은 대변 수집기의 또 다른 예를 나타낸다.
도 14는 수집 유닛의 예를 나타낸다. 도 14a는 내장형 수집 유닛을 나타낸다. 도 14b는 수집 유닛의 예시적인 하우징을 나타낸다. 도 14c는 수집 유닛의 예시적인 하우징 및 커버를 나타낸다.
도 15는 예시적인 시스템 구조의 다이어그램을 나타낸다. 도 15a는 대변 수집기 및 수집 유닛을 포함하는 예시적인 시스템 구조를 나타낸다. 도 15b는 대변 수집기의 예시적인 구조의 확대도를 나타낸다. 도 15c는 수집 유닛의 예시적인 구조의 확대도를 나타낸다.
도 16은 대변 수집기 또는 수집 유닛 내에 포함될 수 있는 용해 시스템의 두 가지 예를 모식적으로 나타낸다. 도 16a는 용해 챔버 및 회전 가능한 임펠러를 포함하는 용해 시스템을 나타낸다. 도 16b는 또한 용해 챔버 및 회전 가능한 임펠러를 포함하는 다른 예시적인 용해 시스템을 모식적으로 나타낸다.
도 17은 수집 유닛의 용해 유닛 내로 비드를 디스펜싱하기 위한 예시적인 메커니즘을 모식적으로 나타낸다. 도 17a는 비드 디스펜싱 유닛의 사시도를 나타낸다. 도 17b는 개방된 배치의 비드 디스펜싱 유닛의 단면도를 나타낸다. 도 17c는 폐쇄된 배치의 비드 디스펜싱 유닛의 단면도를 나타낸다.
도 18은 예시적인 수집 유닛 내의 예시적인 저장 유닛을 나타낸다.
도 19는 대변 샘플 내의 추출된 생체분자의 측정된 비율의 예시적인 데이터를 나타낸다.
도 20은 서열결정을 이용하여 추출된 생체분자의 측정된 비율의 예시적인 데이터를 나타낸다.
도 21은 서열결정을 이용하여 추출된 생체분자의 측정된 비율의 추가의 예시적인 데이터를 나타낸다.
도 22는 본 출원에서 제공된 방법을 실시하도록 프로그래밍되거나 구성되는 컴퓨터 시스템을 나타낸다.
도 23은 예시적인 컨트롤러 구조를 모식적으로 나타낸다.
도 24는 마이크로컨트롤러 유닛을 모식적으로 나타낸다.
도 25는 스텝퍼 드라이버를 포함하는 컨트롤러를 모식적으로 나타낸다.
상세한 설명
본 출원에서 본 발명의 다양한 실시양태가 도시되고 기재되지만, 그러한 실시양태가 단지 예로서 제공된다는 것은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 다수의 변형, 변경, 및 치환은 본 발명을 벗어나지 않으면서 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 일어날 수 있다. 본 출원에 기재된 본 발명의 실시양태에 대한 다양한 대안이 활용될 수 있다.
용어 "적어도", "초과", 또는 "초과 또는 동등한"이 일련의 2개의 이상의 수치에서 첫 번째 수치 앞에서 사용되는 경우마다, 용어 "적어도", "초과", 또는 "초과 또는 동등한"은 그 일련의 수치에서 각각의 수치에 적용된다. 예를 들어, 1, 2, 또는 3 초과 또는 동등한은 1 초과 또는 1과 동등한, 2 초과 또는 2와 동등한, 또는 3 초과 또는 3과 동등하다는 것과 같은 의미이다.
용어 "이하", "미만", 또는 "미만 또는 동등한"이 일련의 2개의 이상의 수치에서 첫 번째 수치 앞에서 사용되는 경우마다, 용어 "이하", "미만", 또는 "미만 또는 동등한"은 그 일련의 수치에서 각각의 수치에 적용된다. 예를 들어, 3, 2, 또는 1 미만 또는 동등한은 3 미만 또는 3과 동등한, 2 미만 또는 2와 동등한, 또는 1 미만 또는 1과 동등하다는 것과 같은 의미이다.
본 출원에서 사용된 바와 같이, 용어 "실시간"은 1초 미만, 10초, 100초, 밀리초 이하의 반응 시간(response time)을 의미할 수 있다. 반응 시간은 1초 초과일 수 있다. 몇몇 경우에서, 실시간은 동시 또는 실질적으로 동시의 처리, 검출 또는 확인을 의미할 수 있다.
본 출원에서 사용된 바와 같이, 용어 "개체"는 일반적으로 동물, 예를 들어 포유동물(예를 들어, 인간) 또는 조류(예를 들어, 새), 또는 다른 유기체, 예를 들어 식물을 의미한다. 예를 들어, 개체는 척추동물, 포유동물, 설치류(예를 들어, 마우스), 영장류, 유인원 또는 인간일 수 있다. 동물은 농경용 가축, 스포츠용 동물, 및 애완동물을 포함할 수 있으나, 이들로 제한되는 것은 아니다. 개체는 건강하거나 또는 증상이 없는 대상, 질병(예를 들어, 암) 또는 질병에 대한 사전성향, 감염을 보유하고 있거나 또는 보유하는 것으로 의심되는 대상, 및/또는 치료가 필요하거나 또는 치료가 필요한 것으로 의심되는 대상일 수 있다. 개체는 환자일 수 있다. 개체는 미생물(microorganism 또는 microbe)(예를 들어, 박테리아, 균류, 고세균, 바이러스)일 수 있다.
본 출원에서 사용된 바와 같이, 용어 "서열결정"은 일반적으로 하나 이상의 폴리펩타이드 내의 뉴클레오타이드 염기의 서열을 결정하기 위한 방법 및 기술을 의미한다. 폴리뉴클레오타이드는 예를 들어 핵산 분자, 예를 들어 변이체 또는 유도체(예를 들어, 단일 스트랜드 DNA, 상보적 DNA 등)를 포함하는 데옥시리보핵산(DNA) 또는 리보핵산(RNA)일 수 있다. 서열결정은 어레이(예를 들어, 하이브리드화 어레이), 단일 분자 서열결정, 합성에 의한 서열결정, 또는 라이게이션에 의한 서열결정을 이용하여 수행될 수 있다. 서열결정은 현재 이용할 수 있는 다양한 시스템, 예를 들어 Illumina®, Pacific Biosciences(PacBio®), Oxford Nanopore®, 또는 Life Technologies(Ion Torrent®)에 의한 서열결정 시스템에 의해 수행될 수 있으나, 이들로 제한되는 것은 아니다. 대안적으로 또는 추가적으로, 서열결정은 핵산 증폭, 폴리머라아제 사슬 연쇄반응(PCR)(예를 들어, 디지털 PCR, 정량적 PCR, 또는 실시간 PCR), 또는 등온 증폭을 이용하여 수행될 수 있다. 그러한 시스템은 개체에 의해 제공된 샘플로부터 시스템에 의해 생성된 바와 같이, 개체(예를 들어, 인간)의 유전 정보에 대응하는 복수의 미가공 유전 데이터를 제공할 수 있다. 몇몇 예에서, 그러한 시스템은 서열결정 판독값(본 출원에서 "판독값"으로도 언급됨)을 제공한다. 판독값은 서열결정된 핵산 분자의 서열에 대응하는 일련의 핵산 염기를 포함할 수 있다. 몇몇 상황에서, 본 출원에 제공된 시스템 및 방법은 단백질체 정보와 함께 사용될 수 있다.
본 출원에서 사용된 바와 같이, 용어 "샘플"은 일반적으로 개체의 생물학적 샘플을 의미한다. 생물학적 샘플은 임의 수의 거대분자, 예를 들어 세포 거대분자를 포함할 수 있다. 샘플은 대변 샘플일 수 있다. 샘플은 세포주 또는 세포 배양 샘플일 수 있다. 샘플은 하나 이상의 세포를 포함할 수 있다. 샘플은 하나 이상의 미생물을 포함할 수 있다. 생물학적 샘플은 핵산 샘플 또는 단백질 샘플이다. 생물학적 샘플은 또한 탄수화물 샘플 또는 지질 샘플일 수 있다. 생물학적 샘플은 다른 샘플로부터 유도(예를 들어, 처리)될 수 있다. 샘플은 대변 샘플일 수 있거나, 또는 대변 샘플로부터 유도될 수 있다. 샘플은 조직 샘플, 예를 들어 생검, 코어 생검, 침(needle) 흡인물, 또는 미세침 흡인물일 수 있다. 샘플은 유체 샘플, 예를 들어 혈액 샘플, 소변 샘플, 또는 타액 샘플일 수 있다. 샘플은 피부 샘플일 수 있다. 샘플은 협측 면봉 샘플일 수 있다. 샘플은 혈장 또는 혈청 샘플일 수 있다. 샘플은 무세포(cellfree 또는 cell free) 샘플일 수 있다. 무세포 샘플은 세포외 폴리뉴클레오타이드를 포함할 수 있다. 세포외 폴리뉴클레오타이드는 혈액, 혈장, 혈청, 소변, 타액, 점막 분비물, 가래, 대변 및 눈물로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있는 신체 샘플로부터 단리될 수 있다.
대변 샘플 수집 및 처리
한 관점에서, 본 개시내용은 하나 이상의 대변 샘플의 수집, 처리, 및/또는 분석을 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 샘플은 개체, 예를 들어 인간으로부터 수집될 수 있고, 대변 샘플, 또는 이의 유도체를 포함할 수 있다. 대변 샘플을 분석하기 위한 방법은 (a) (i) 변기 통(toilet bowl) 내의 위치로부터 개체의 대변 샘플을 수집하기 위해 변기에 연결된 대변 수집기 및 (ii) 전자장치 유닛을 포함하는 센서를 포함하는 감지 유닛으로서, 감지 유닛이 대변 수집기에 연결되도록 구성되는 감지 유닛을 제공하는 단계, (b) 개체로부터 대변 샘플을 수집하기 위해 대변 수집기를 이용하는 단계, (C) 대변 샘플을 감지 유닛에 전달하는 단계, (d) 대변 샘플 또는 이의 유도체를 처리하기 위해 센서의 전자장치 유닛을 이용함으로써 처리된 대변 샘플을 산출하는 단계 및 (e) 처리된 대변 샘플 또는 이의 유도체 또는 처리된 대변 샘플 내의 화학적 또는 생물학적 물질을 분석하기 위해 센서를 이용하는 단계를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 방법은 (a) (i) 변기에 연결되도록 구성된 대변 수집기 및 (ii) 대변 수집기에 연결된 수집 유닛을 제공하는 단계; 및 (b) 개체의 대변 샘플을 수집하기 위해 대변 수집기를 이용하는 단계를 포함한다.
대변 수집기는 변기에 연결될 수 있거나, 또는 대변 수집기는 변기의 부품일 수 있다. 몇몇 경우에서, 대변 수집기는 대변 수집기와는 별개의 유체 유동 경로에 연결될 수 있다. 대변 샘플은 처리된 대변 샘플을 산출하기 위해 대변 수집기로부터 유체 유동 경로를 따라 전달될 수 있다. 대변 샘플 또는 처리된 대변 샘플은 처리된 대변 샘플의 파라미터를 분석하기 위해 변기에 연결되도록 구성된 센서에 전달될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 대변 샘플 또는 처리된 대변 샘플은 수집 유닛에 전달될 수 있다.
몇몇 경우에서, 대변 수집기는 변기에 연결되도록 구성될 수 있다. 대변 수집기는 변기 시트에 부착될 수 있고, 이는 변기 통에 연결될 수 있다. 몇몇 경우에서, 대변 수집기는 변기 통에 부착된다. 대변 수집기는 변기에 제거 가능하게 연결될 수 있다. 대변 수집기는 하나 이상의 고정 메커니즘을 이용하여 변기에 기계적으로 연결될 수 있거나, 또는 대변 수집기는 (예를 들어, 접착 테이프 또는 글루를 이용하여) 변기에 부착될 수 있다.
대변 수집기는 특정 경우에서 집어넣을 수 있는(retractable) 집수(catchment) 유닛을 포함할 수 있다. 집수 유닛은 개체로부터 대변 샘플의 포획 또는 수집을 용이하게 하기 위한 임의의 유용한 기하 또는 일련의 피쳐를 포함할 수 있다. 집수 유닛은 집수 부속기(예를 들어, "핑거", 스쿱, 브러시, 깔때기, 컵, 통, 네트, 체, 플레이트, 코일, 튜브, 평평한 기판 등)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 집수 유닛은 하나 이상의 집수 아암 또는 로드를 포함할 수 있다. 집수 유닛은 추가적으로 샘플의 수집에 조력하기 위해 서브피쳐, 예를 들어 지형학적 피쳐(예를 들어, 리지, 범프, 티스, 페그, 또는 임의의 기하, 구조, 또는 배향의 지형학적 피쳐)를 추가적으로 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 집수 유닛은 하나 이상의 막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 집수 유닛은 두 개의 아암 사이에 위치된 막을 보유하는 한 쌍의 집어넣을 수 있는 아암을 포함할 수 있다. 집수 유닛은 변기 또는 변기 통의 위치로부터 개체의 대변 샘플을 수집하기 위해 사용될 수 있다. 집수 유닛은 샘플 수집 도중에 변기 통을 향해 연장되도록 구성될 수 있다. 몇몇 경우에서, 집수 아암은 샘플 처리를 위한 챔버를 향해 집어넣어 지도록 구성될 수 있다. 집수 유닛 또는 아암의 연장 및/또는 집어넣음은 자동적으로 개시될 수 있다. 몇몇 경우에서, 연장은 센서로부터의 하나 이상의 신호를 이용하여 개시될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 집수 유닛의 집어넣음은 대변 수집기의 센서로부터의 신호를 이용하여 개시된다. 집수 유닛의 연장은 다양한 접근법, 예를 들어 기계적, 전기적, 또는 다른 접근법을 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 대변 수집기는 모터와 접속할 수 있는 복수의 기어를 포함할 수 있다. 대변 수집기는 모터, 밸브, 또는 다른 유용한 부품과 연결될 수 있다.
하나 이상의 모터는 대변 수집기의 하나 이상의 부품과 연결될 수 있다. 대변 수집기는 임의의 적합한 타입의 모터, 예를 들어 전기 모터, 수동 모터, 에어 모터 등을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 모터는 하나 이상의 기어 및/또는 하나 이상의 펌프와 연결될 수 있다. 하나 이상의 모터는 개방 및/또는 폐쇄 또는 균질화 챔버, 집수 유닛의 연장 및/또는 집어넣음, 대변 샘플의 균질화, 균질화 챔버 내로 유체 또는 시약의 펌핑, 변기로부터 및/또는 수집 유닛으로 대변 샘플 또는 처리된 대변 샘플(예를 들어, 균질화된 대변 샘플)의 전달을 포함하나 이들로 제한되는 것은 아닌 다양한 목적을 위해 사용될 수 있다.
대변 샘플은 대변 샘플의 유도체(예를 들어, 처리된 대변 샘플)를 산출하기 위해 처리될 수 있다. 몇몇 경우에서, 처리는 대변 샘플의 균질화를 포함한다. 대변 수집기는 균질화 챔버를 포함하거나 또는 이에 연결될 수 있는데, 이는 수집 유닛의 부품일 수 있거나 또는 (예를 들어, 유체 유동 경로에 의해) 수집 유닛에 연결될 수 있다. 균질화 챔버는 용기일 수 있다. 균질화 챔버는 하나 이상의 유체 주입구 또는 유체 유동 경로에 연결될 수 있다. 대변 샘플은 (예를 들어, 집어넣을 수 있는 집수 핑거에 의해) 균질화 챔버에 전달될 수 있고/있거나 그 내에 저장될 수 있다. 균질화 챔버 내에 대변 샘플을 저장하는 도중 또는 이후에, 하나 이상의 시약(예를 들어, 탱크 유래의 여과수, 버퍼, 샘플 처리 용액 등)이 (예를 들어 유체 주입구에 의해) 균질화 챔버 내로 도입될 수 있다. 균질화 챔버는 대변 샘플을 균질화하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 균질화 챔버는 모터에 연결된 블레이드를 포함할 수 있다. 대변 샘플은 균질화 챔버 내에 저장될 수 있고, 균질화 버퍼(예를 들어, 여과수)가 도입될 수 있다. 대변 샘플은 샘플을 교반, 블렌드, 회전, 스핀, 이동, 혼합, 및/또는 균질화하기 위한 하나 이상의 블레이드에 연결된 모터의 작용에 의해 균질화될 수 있다. 다른 예에서, 균질화 챔버는 (예를 들어, 혼합, 볼텍싱 등에 의해) 샘플을 균질화하는 압력(예를 들어, 수압) 또는 전단력을 생성하기 위해 하나 이상의 펌프(예를 들어, 원심 펌프, 변위 펌프, 로터리 펌프, 피스톤 펌프, 로터리 로브 펌프, 로터리 기어 펌프, 다이어프램 펌프, 스크류 펌프, 기어 펌프, 베인 펌프, 연동 펌프, 또는 이들의 조합)를 포함할 수 있다. 균질화 챔버는 균질화기, 예를 들어 로터 스테이터 균질화기, 기계적 모르타르, 블렌더, 매셔, 밀(예를 들어, 비드 밀), 롤러, 혼합기, 및/또는 비드(예를 들어, 고체 비드, 예를 들어 자기, 금속, 세라믹, 또는 플라스틱 비드)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 힘(예를 들어, 원심력, 중력, 양압 또는 음압, 초음파, 자기력 등)이 샘플을 균질화하기 위해 (예를 들어, 자기 비드에 자기력을 인가함으로써) 샘플, 시약, 및/또는 다른 균질화기 재료에 인가될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 균질화 챔버는 가열 또는 냉각 부재를 포함할 수 있고, 샘플은 샘플을 균질화하기 위해 가열 또는 냉각될 수 있다. 몇몇 경우에서, 접근법들의 조합이 샘플을 균질화하기 위해 사용될 수 있는데, 예를 들어 수압은 전단력을 생성하기 위해 사용될 수 있고, 이는 샘플을 기계적으로 균질화하기 위해 비드와 조합될 수 있다.
몇몇 경우에서, 대변 샘플 또는 균질화된 대변 샘플은 여과될 수 있다. 예를 들어, 대변 샘플 또는 이의 유도체는 중력 여과, 원심 여과, 필터 스택킹, 침강, 수동 여과, 또는 메쉬, 막 또는 다른 여과 메커니즘을 이용하는 여과를 이용하여 샘플을 여과하기에 충분한 조건을 겪을 수 있다. 필터는 막, 비드, 다이어프램, 콜로이드, 위어(weir) 필터, 기둥 필터, 교차 유동 필터, 용매 필터, 체, 또는 임의의 다른 필터를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 시스템(예를 들어, 대변 수집기, 수집 유닛, 또는 상기 시스템의 다른 부품)은 대변 샘플 또는 이의 유도체를 여과하기 위해 사용될 수 있는 기하 피쳐를 포함할 수 있다. 기하 피쳐는 여과를 위해 유용한 기하 또는 크기일 수 있다. 기하 피쳐는 하나 이상의 기하, 예를 들어 기둥, 피라미드, 페그, 실린더, 구, 박스를 포함할 수 있다. 기하 피쳐는 하나 이상의 크기를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 기하 피쳐는 사이즈 필터의 구배를 생성하기 위해 하나 이상의 치수(예를 들어, 길이, 폭, 높이, 또는 이들의 조합) 전체의 크기를 감소시킬 수 있는 미세기둥을 포함한다. 몇몇 경우에서, 기하 피쳐는 사이즈 필터의 불연속 대역을 생성하기 위해 하나 이상의 치수 전체의 크기를 감소시키는 미세기둥을 포함한다. 필터는 특정 한계치를 초과하는 데브리스 또는 입자를 여과 제거하기 위해 사용될 수 있다.
대변 샘플, 또는 균질화된 대변 샘플(또는 여과된 대변 샘플)은 추가 처리를 위해, 예를 들어 처리된 대변 샘플을 산출하기 위해 센서, 수집 유닛, 또는 둘 다에 전달될 수 있다. 대변 샘플은 처리된 대변 샘플을 산출하기 위해 유체 유동 경로를 따라 전달될 수 있거나, 또는 유체 유동 경로는 대변 샘플(또는 처리된 대변 샘플)의 추가 처리를 위해 대변 샘플 또는 처리된 대변 샘플을 센서에 전달할 수 있다. 센서는 본 출원에 다른 곳에 기재된 바와 같이, 대변 샘플을 추가 처리하고/하거나 대변 샘플의 파라미터를 분석하기 위해 사용되는 전자장치 유닛을 포함할 수 있다. 하나의 비제한적인 예에서, 센서의 전자장치 유닛은 대변 샘플(또는 처리된 대변 샘플)에 전기장의 인가를 가능하게 하는 전기 주입구 또는 커플링을 포함하는데, 이는 후술하는 바와 같이 샘플의 추가 균질화 또는 샘플 내의 세포의 용해에 도움이 될 수 있다.
대변 수집기는 하나 이상의 유체 주입구 및 배출구에 연결될 수 있고/있거나 이들을 포함할 수 있다. 유체 주입구는 대변 수집기의 일부분(예를 들어, 균질화 챔버)에 하나 이상의 시약을 도입하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 유체 주입구는 대변 수집기의 일부분 내에 물, 버퍼, 또는 다른 시약을 도입하기 위해 사용될 수 있다. 하나 이상의 시약은 연결된 유체 유동 경로에 의해 대변 수집기에 도입될 수 있다. 대변 수집기 또는 이의 일부분(예를 들어, 균질화 챔버)의 유체 주입구는 예를 들어 호스, 파이프, 깔때기 등에 의해 유체 유동 경로에 연결될 수 있다. 유체 주입구는 시약(예를 들어, 물, 버퍼, 멸균 용액 등)의 공급원에 연결될 수 있거나 또는 상기 공급원과 유체 연통될 수 있다. 유체 주입구는 대변 수집기의 일부분 내로 시약의 유동 부피 또는 속도를 제어할 수 있는 하나 이상의 밸브(예를 들어, y-밸브, y-튜브, T-밸브 등)를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 대변 수집기는 유체 배출구에 연결되고/되거나 유체 배출구를 추가로 포함하는데, 이는 대변 수집기로부터 수집, 처리 및/또는 분석되어야 하는 대변 샘플 또는 처리된 대변 샘플을 전달하기 위해 사용될 수 있다. 샘플 배출구는 수집 유닛 또는 샘플 분석을 위한 센서에 대변 샘플을 전달하기 위해 사용될 수 있다.
몇몇 경우에서, 유체 유동 경로는 대변 수집기 또는 이의 일부분 내로의 또는 이로부터의 유동 부피 또는 속도를 제어하기 위해 사용될 수 있는 복수의 밸브를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 유체 유동 경로의 하나 초과의 주입구 또는 배출구 또는 일부분과 접속할 수 있는 밸브를 보유하는 것이 유용할 수 있다. 그러한 경우에서, 주문 제작한 밸브가 사용될 수 있다. 예를 들어, 3-웨이 루어 밸브가 사용될 수 있다. 3-웨이 루어 밸브는 주문 제작한 베이스와 접속할 수 있다. 주문 제작한 베이스는 밸브(예를 들어, 3-웨이 루어 밸브) 및 다른 부품, 예를 들어 모터와 접속할 수 있는 하나 이상의 기어를 수용할 수 있다. 그러한 주문 제작한 밸브의 사용은 솔레노이드의 필요성을 제거하는 프로그램 가능하고 경우에 따라 자동화된 3-웨이 밸브의 사용을 가능하게 할 수 있다.
유체 유동 경로는 대변 수집기에 연결될 수 있다. 대변 수집기에 대한 유체 유동 경로의 연결은 펌프를 이용하여 달성될 수 있다. 펌프는 유체 유동 경로에 시약을 이동시킬 수 있다. 몇몇 경우에서, 대변 수집기는 유체 유동 경로 및 대변 수집기에 연결된 펌프를 포함할 수 있다. 펌프는 로터리 펌프, 기어 펌프, 피스톤 펌프, 다이어프램 펌프, 스크류 펌프, 베인 펌프, 연동 펌프, 원심 펌프 등, 또는 이들의 변형 또는 조합일 수 있다. 몇몇 경우에서, 시약은 인가된 또는 생성된 힘, 예를 들어 유체력, 원심력, 중력, 마찰력, 인장력, 스프링힘, 압축공기력 등을 이용하여 유체 유동 경로에 전달될 수 있다. 하나 이상의 부품은 파워 서플라이에 연결될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 부품은 전기 배출구에 연결되도록 구성될 수 있다.
개체로부터 대변 샘플의 수집 이후, 하나 이상의 시약은 시스템의 부품(예를 들어, 대변 수집기, 변기 통 등)의 멸균을 위해 사용될 수 있다. 그러한 경우, 멸균 시약은 임의의 적합한 멸균 시약, 예를 들어 표백제, 염소, 항균제, 알코올, 산, 염기, 미네랄, 비누 등 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 대변 수집기의 멸균은 자동으로 또는 수동으로 수행될 수 있다. 몇몇 경우에서, 세정 또는 멸균은 대변 수집기의 하나 이상의 부품에 대한 멸균 시약(예를 들어, 표백제, 염소, 항균제 등)의 도입을 포함한다. 몇몇 경우에서, 세정 또는 멸균 시약은 유체 주입구 중 하나를 통해 대변 수집기, 또는 이의 일부분에 도입될 수 있다. 몇몇 경우에서, 펌프는 대변 수집기, 또는 이의 일부분에 멸균 시약을 전달하기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 경우에서, 멸균 시약은 대변 수집기, 또는 이의 일부분, 및 변기 통, 또는 이의 일부분을 세정하기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 경우에서, 멸균 시약은 분무, 압력, 증착, 펌핑, 플러딩, 침지, 또는 다른 분산 기법에 의해 대변 수집기, 또는 이의 일부분에 도입될 수 있다. 대변 수집기, 또는 이의 일부분의 멸균은 자동적으로 일어날 수 있다. 예를 들어, 대변 수집 이후, 대변 샘플은 챔버 내에 저장(deposition)될 수 있다(예를 들어, 균질화 및/또는 대변 처리를 위해). 대변 샘플의 저장 이후, 멸균은 (예를 들어, 피드백 제어 시스템에 의해) 개시될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 센서는 멸균이 필요한 시기를 검출하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 광 센서는 대변 수집기 또는 이의 일부분 상의 대변 시료를 검출하기 위해 사용됨으로써 멸균을 개시할 수 있다. 다른 예에서, 중량 센서(예를 들어, 집수 유닛 상의)는 멸균 제어 메커니즘을 위한 입력을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 타이머는 대변 수집기 내에 통합되어, 멸균이 주어진 또는 프로그램된 빈도(예를 들어, 1월 1회, 1시간당 1회, 1일 1회)로 일어나도록 프로그래밍된다. 몇몇 경우에서, 개체는 멸균을 개시할 수 있다. 몇몇 경우에서, 멸균은 수동으로 수행될 수 있다.
대변 수집기는 대변 수집기의 일부분으로부터(예를 들어, 센서로부터) 대응하는 데이터를 전송 및/또는 수용하는 것을 가능하게 하는 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 통신 인터페이스는 대변 수집기의 파라미터, 예를 들어 샘플 수집의 인디케이터, 시스템의 에러, 대변 수집기에 의해 입력된 및 실행된 명령 등에 대한 데이터를 전송하기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 데이터는 통신 인터페이스와 통신하는 전자 디바이스에 전송될 수 있다. 통신 인터페이스는 무선 통신 인터페이스, 예를 들어, Wi-Fi 인터페이스, 근거리 무선 통신 인터페이스, 또는 블루투스 인터페이스일 수 있다. 전자 디바이스는 통신 인터페이스와 통신할 수 있는 디바이스일 수 있다. 전자 디바이스는 모바일 디바이스(예를 들어, 스마트폰, 태블릿, 랩탑 등)일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 통신 인터페이스는 유선 통신 인터페이스일 수 있다. 대변 수집기는 통신용 포트 및/또는 파워 서플라이(예를 들어, 유니버셜 시리얼 버스(USB), USB 타입 C, 썬더볼트 등)를 포함할 수 있다.
본 출원에 기재된 하나 이상의 과정은 자동적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 대변 수집기는 자동화된 샘플 수집을 수행하도록 구성될 수 있다. 본 출원에 기재된 방법 및 시스템은 개체가 대변 샘플과 상호작용할 필요가 없는 대변 수집을 가능하게 할 수 있다. 하나의 비제한적인 예에서, 대변 수집기는 센서 또는 대변 수집기에 인접하는 개체(또는 사용자) 또는 샘플의 존재를 검출하는 센서를 포함할 수 있거나, 또는 그러한 센서에 연결될 수 있다. 예를 들어, 대변 수집기는 개체가 대변 수집기 근처에 존재하는 것을 나타내는 진동, 움직임, 온도, 압력, 또는 광 파라미터(예를 들어, 색상, 그림자, 빛 감쇠 등)를 감지할 수 있는 센서를 포함할 수 있다. 그러한 경우에서, 및 대변 수집기가 집어넣을 수 있는 것인 경우에서, 대변 수집기는, 개체가 대변 수집기에 존재하거나 또는 인접하는 경우, 대변 샘플의 집수 또는 수집을 위해 변기 통을 향해 자동적으로 연장될 수 있다. 대변 샘플의 수집 이후, 대변 수집기는 집어넣어 질 수 있고, 이에 따라 수집된 샘플은 수집 유닛(예를 들어, 챔버)에 저장된다. 몇몇 경우에서, 대변 수집기는 중량 또는 광 센서를 포함할 수 있는데, 이는 대변 샘플이 대변 수집기 상에 보관되는 경우를 검출할 수 있고, 따라서 대변 수집기는 자동적으로 움직일 수 있거나 또는 그렇지 않으면 대변 샘플을 수집 및/또는 처리 유닛(예를 들어 샘플 균질화를 위해)에 전달할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 본 출원에 기재된 하나 이상의 과정은 수동으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 대변 수집기는 사용(예를 들어, 버튼, 스위치, 또는 다른 액츄에이터의 사용) 이전 또는 도중에 개체에 의해 수동으로 작동시킬 수 있거나 또는 활성화될 수 있거나, 또는 대변 수집기는 개체의 디바이스(예를 들어, 모바일 폰, 태블릿, 또는 컴퓨터)와 통신하는 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 사용 이전에, 개체는 (예를 들어, 활성화를 위해 대변 수집기에 디바이스를 통해 신호를 제공함으로써) 디바이스를 이용할 수 있거나, 또는 그렇지 않으면 사용자 입력을 제공할 수 있다. 대변 샘플의 수집 이후, 사용자는 (예를 들어, 수동 활성화에 의해 또는 전자 인터페이스를 통해) 수집이 완료되었다는 입력 또는 신호를 제공할 수 있고, 대변 수집기는 집어넣어 질 수 있는데, 그렇게 함으로써 수집된 샘플은 수집 유닛(예를 들어, 챔버)에 저장될 수 있다. 이어서, 수집된 대변 샘플은 추가 처리 또는 분석될 수 있다.
대변 샘플을 수집 및/또는 처리하기 위한 시스템 및 방법의 추가적인 예는 예를 들어 그 전체 내용이 본 출원에 참고로 인용된 2020년 6월 16일에 출원된 미국 특허 출원 16/902,795에 개시된 시스템 및 방법을 포함할 수 있다.
대변 샘플 처리 및 분석
특정 실시양태에서, 본 출원에 개체의 대변 샘플을 분석하기 위한 방법이 개시되는데, 상기 방법은 (a) (i) 변기 통 내의 위치로부터 개체의 대변 샘플을 수집하기 위해 변기에 연결되거나 또는 연결되도록 구성된 대변 수집기 및 (ii) 대변 수집기에 연결되거나 또는 연결되도록 구성되는 전기장치 유닛을 포함하는 센서를 포함하는 감지 유닛을 제공하는 단계, (b) 개체로부터 대변 샘플을 수집하기 위해 대변 수집기를 이용하는 단계, (c) 감지 유닛에 대변 샘플 또는 이의 유도체를 전달하는 단계, (d) 처리된 대변 샘플을 생성하기 위해 대변 샘플 또는 이의 유도체를 처리하기 위해 센서의 전자장치 유닛을 이용하는 단계, 및 (e) 처리된 대변 샘플, 예를 들어 처리된 대변 샘플의 파라미터, 또는 처리된 대변 샘플 내의 화학적 또는 생물학적 물질을 분석하기 위해 센서를 이용하는 단계를 포함한다.
전자장치 유닛을 포함하는 센서는 대변 수집기에 연결되도록 구성될 수 있다. 몇몇 경우에서, 센서는 대변 수집기에 연결되도록 구성되는 하우징을 포함할 수 있다. 상기 하우징은 대변 수집기에 부착될 수 있고, 이는 변기에 부착될 수 있다. 상기 하우징은 대변 수집기 및/또는 변기에 제거 가능하게 연결될 수 있다. 센서는 하나 이상의 고정 메커니즘을 이용하여 대변 수집기에 기계적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 대변 수집기는 스레드(예를 들어, 스크류 스레드, 내부 스레드)를 포함할 수 있고, 센서는 대변 수집기의 스레드와 맞물릴 수 있는 상보적인 스레드를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 대변 수집기는 대변 수집기를 센서에 서로 맞물리게 할 수 있는 스냅 핏 조인트(예를 들어, 캔틸레버 스냅 핏, 환상 스냅 핏 등)를 포함할 수 있다. 다른 서로 맞물리거나 폼 피팅 쌍은 대변 수집기를 센서에 고정하기 위해 사용될 수 있는데, 그 예로는 후크와 루프, 래치, 스냅온, 버튼, 너트와 볼트, 스크류, 자석 등을 들 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 대변 수집기는 예를 들어 간섭 핏, 압력 핏, 수축 핏, 위치 핏 등에 의해 센서에 끼워맞출 수 있는 구성요소를 포함할 수 있다. 다른 고정 메커니즘, 예를 들어 폼 피팅 쌍, 후크와 루프, 래치, 스레드, 스크류, 스테이플, 클립, 클램프, 프롱, 고리, 브래드, 고무 밴드, 리벳, 그로멧, 핀, 타이, 스냅, 벨크로, 진공, 실, 또는 이들의 조합을 이용할 수 있다. 대변 수집기는 (예를 들어, 접착 테이프 또는 글루를 이용하여) 변기에 부착될 수 있다. 몇몇 경우에서, 센서는 대변 수집기의 부품(즉, 내장형)일 수 있고, 대변 수집기로부터 제거 가능하지 않을 수 있다.
몇몇 경우에서, 센서는 외부 부품에 의해 대변 수집기 및/또는 변기에 연결될 수 있다. 센서는 유체 유동 경로에 의해 대변 수집기에 연결될 수 있다. 상기 부품 또는 유체 유동 경로는 임의의 유용한 커넥터, 예를 들어 튜빙, 용기(예를 들어, 튜브, 컨테이너, 바이알, 플라스크), 밸브, 클램프, 클립, 깔때기 등을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 대변 샘플 또는 이의 유도체(예를 들어, 균질화된 샘플)는 튜빙 및 하나 이상의 펌프에 의해 센서에 전달될 수 있다. 예를 들어, 대변 샘플 또는 이의 유도체(예를 들어, 균질화된 대변 샘플)의 수집 이후, 대변 샘플 또는 이의 유도체는 컨테이너 또는 수집 유닛에 전달될 수 있고, 이는 튜빙 및 펌프에 의해 센서에 연결될 수 있다. 그러한 경우에서, 대변 샘플 또는 이의 유도체는 튜빙을 통해 센서에 펌핑될 수 있다. 대변 샘플은 하나 이상의 힘, 예를 들어 양압, 음압(예를 들어, 흡인), 원심력, 모세관힘, 중력, 마찰력, 전기력, 자기력에 의해 센서에 전달될 수 있다. 몇몇 경우에서, 대변 샘플 또는 이의 유도체는 중계 용기없이 센서에 전달될 수 있다. 그러한 경우에서, 대변 샘플 또는 이의 유도체는 하나 이상의 힘, 예를 들어 양압, 음압(예를 들어, 흡인), 원심력, 모세관힘, 중력, 마찰력, 전기력, 자기력에 의해 센서(예를 들어, 센서의 주입구)에 전달될 수 있다. 센서 및 전자장치 유닛은 본 출원의 다른 곳에 기재된 바와 같이 대변 샘플 또는 이의 유도체를 추가 처리 및/또는 분석하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서 및 전자장치 유닛은 대변 샘플 또는 이의 유도체로부터 하나 이상의 바이오마커 또는 생물학적 분자(예를 들어, 핵산 분자, 단백질, 지질, 탄수화물, 대사산물, 또는 이들의 조합)를 단리하기 위해 사용될 수 있다. 그러한 경우에서, 센서 및 전자장치 유닛은 시약(예를 들어, 버퍼, 작용화된 비드)이 도입될 수 있는 주입구를 포함할 수 있다. 작용화된 비드는 하나 이상의 생물학적 분자를 단리하기 위해 사용될 수 있는데, 예를 들어 비드는 대변 샘플 또는 이의 유도체로부터 핵산 분자에 하이브리드화하거나 어닐링할 수 있는 핵산 서열을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 비드는 압타머, 비오틴, 항체, 실리카 또는 다른 생물학적 분자, 예를 들어 단백질, 핵산을 포획하기 위해 유용한 다른 모이어티를 포함한다. 특정의 경우에서, 핵산 분자를 포함하는 비드는 대변 샘플로부터 다른 입자를 제거하여 샘플의 순도를 증가시키기 위해 고정화 및/또는 세척될 수 있다.
센서 및 전자장치 유닛, 및 이의 임의의 구성요소는 단일 하우징의 부품일 수 있거나, 또는 각각의 구성요소는 서로 연결될 수 있는 다수의 하우징을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서는 전자장치 유닛 또는 분석 또는 처리 유닛, 예를 들어 마이크로플루이딕 디바이스를 포함하기 위한 구획을 보유하는 제1 하우징을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 마이크로플루이딕 디바이스 및/또는 전자장치 유닛은 (예를 들어, 튜빙, 통신 인터페이스, 유선 등에 의해 전기적으로 및/또는 유체공학적으로) 센서에 연결될 수 있다.
센서는 바이오센서일 수 있거나, 바이오센서를 포함할 수 있다. 센서는 마이크로플루이딕 디바이스 또는 유닛(본 출원에서 "칩"이라고도 언급함)을 포함할 수 있다. 마이크로플루이딕 디바이스는 하나 이상의 채널을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 채널은 약 5 마이크로미터(μm) 내지 약 10,000 μm 범위 사이일 수 있는 치수(예를 들어, 길이, 폭, 높이)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 채널 치수는 적어도 약 5 μm, 적어도 약 10 μm, 적어도 약 20 μm, 적어도 약 30 μm, 적어도 약 40 μm, 적어도 약 50 μm, 적어도 약 60 μm, 적어도 약 70 μm, 적어도 약 80 μm, 적어도 약 90 μm, 적어도 약 100 μm, 적어도 약 200 μm, 적어도 약 300 μm, 적어도 약 400 μm, 적어도 약 500 μm, 적어도 약 600 μm, 적어도 약 700 μm, 적어도 약 800 μm, 적어도 약 900 μm, 적어도 약 1,000 μm, 적어도 약 2,000 μm, 적어도 약 3,000 μm, 적어도 약 4,000 μm, 적어도 약 5,000 μm, 적어도 약 6,000 μm, 적어도 약 7,000 μm, 적어도 약 8,000 μm, 적어도 약 9,000 μm, 적어도 약 10,000 μm, 또는 그 초과일 수 있다. 채널 치수는 최대 약 10,000 μm, 최대 약 9,000 μm, 최대 약 8,000 μm, 최대 약 7,000 μm, 최대 약 6,000 μm, 최대 약 5,000 μm, 최대 약 4,000 μm, 최대 약 3,000 μm, 최대 약 2,000 μm, 최대 약 1,000 μm, 최대 약 900 μm, 최대 약 800 μm, 최대 약 700 μm, 최대 약 600 μm, 최대 약 500 μm, 최대 약 400 μm, 최대 약 300 μm, 최대 약 200 μm, 최대 약 100 μm, 최대 약 90 μm, 최대 약 80 μm, 최대 약 70 μm, 최대 약 60 μm, 최대 약 50 μm, 최대 약 40 μm, 최대 약 30 μm, 최대 약 20 μm, 최대 약 10 μm, 최대 약 5 μm, 또는 그 미만일 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 치수는 약 10 μm 내지 약 200 μm 범위 사이일 수 있다. 대안적으로, 상기 치수는 약 10 μm 미만일 수 있다. 대안적으로, 상기 치수는 약 200 μm 초과일 수 있다. 몇몇 경우에서, 접합부로 진입하는 샘플 또는 유체의 유속은 약 5 마이크로리터(μL)/분(min) 내지 약 10,000 μL/min 사이일 수 있다.
센서, 마이크로플루이딕 디바이스, 또는 둘 다는 대변 샘플의 추가 처리를 위한 복수의 영역을 포함할 수 있다. 처리 조작의 비제한적인 예는 여과, 가열, 냉각, 전위의 인가, (예를 들어, 여과, 크로마토그래피, 동전기학, 원심분리에 의한) 하나 이상의 분석물의 분리, 유세포분석, 시약의 조합, 혼합, 분석 장치(예를 들어, 질량 분광분석기, 서열결정기 등)와의 접속을 포함한다. 센서 또는 마이크로플루이딕 디바이스는 임의의 조합 또는 순서로 하나 이상의 처리 조작을 수행하도록 구성될 수 있다.
몇몇 경우에서, 센서, 마이크로플루이딕 디바이스, 또는 둘 다는 복수의 필터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대변 샘플 또는 이의 유도체는 마이크로플루이딕 디바이스 내로 도입되어 여과될 수 있다. 몇몇 경우에서, 대변 샘플은 중력 여과 또는 침강을 이용하여 샘플을 여과하기에 충분한 조건으로 처리될 수 있다. 중력 여과 또는 침강은 대변 샘플 또는 이의 유도체를 마이크로플루이딕 디바이스로 도입하기 이전, 도중, 또는 이후에 일어날 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 센서 또는 마이크로플루이딕 디바이스는 복수의 필터를 포함할 수 있다. 복수의 필터는 막, 비드, 다이어프램, 콜로이드, 위어 필터, 기둥 필터, 교차 유동 필터, 용매 필터, 체, 또는 임의의 다른 필터를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 마이크로플루이딕 디바이스는 대변 샘플 또는 이의 유도체를 여과하기 위해 사용될 수 있는 기하 피쳐를 포함할 수 있다. 기하 피쳐는 여과를 위한 임의의 유용한 기하 또는 크기일 수 있다. 기하 피쳐는 하나 이상의 기하, 예를 들어 기둥, 피라미드, 페그, 실린더, 구, 박스를 포함할 수 있다. 기하 피쳐는 하나 이상의 크기를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 기하 피쳐는 사이즈 필터의 구배를 생성하기 위해 하나 이상의 치수(예를 들어, 길이, 폭, 높이, 또는 이들의 조합) 전체의 크기를 감소시킬 수 있는 미세기둥을 포함한다. 몇몇 경우에서, 기하 피쳐는 사이즈 필터의 불연속 대역을 생성하기 위해 하나 이상의 치수 전체의 크기를 감소시키는 미세기둥을 포함한다. 필터는 특정 한계를 초과하는 데브리스 또는 입자를 여과 제거하기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 경우에서, 마이크로플루이딕 디바이스는 1 마이크로미터(μm), 2 μm, 3 μm, 4 μm, 5 μm, 6 μm, 7 μm, 8 μm, 9 μm, 10 μm, 20 μm, 30 μm, 40 μm, 50 μm, 60 μm, 70 μm, 80 μm, 90 μm, 100 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm, 600 μm, 700 μm, 800 μm, 900 μm, 1000 μm의 치수를 보유하는 피쳐를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 마이크로플루이딕 디바이스는 적어도 200 나노미터(nm), 300 nm, 400 nm, 500 nm, 600 nm, 700 nm, 800 nm, 900 nm, 1 μm, 2 μm, 3 μm, 4 μm, 5 μm, 6 μm, 7 μm, 8 μm, 9 μm, 10 μm, 20 μm, 30 μm, 40 μm, 50 μm, 60 μm, 70 μm, 80 μm, 90 μm, 100 μm, 200 μm, 300 μm, 400 μm, 500 μm, 600 μm, 700 μm, 800 μm, 900 μm, 1000 μm의 치수를 보유하는 피쳐를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 마이크로플루이딕 디바이스는 최대 1000 μm, 900 μm, 800 μm, 700 μm, 600 μm, 500 μm, 400 μm, 300 μm, 200 μm, 100 μm, 90 μm, 80 μm, 70 μm, 60 μm, 50 μm, 40 μm, 30 μm, 20 μm, 10 μm, 1 μm의 치수를 보유하는 피쳐를 포함할 수 있다. 마이크로플루이딕 디바이스는 예를 들어 20-100 μm 크기 범위의 피쳐를 보유할 수 있음이 인식될 것이다.
몇몇 경우에서, 대변 샘플은 하나 이상의 세포를 포함한다. 상기 세포는 박테리아 세포일수 있다. 상기 세포는 균류 세포일 수 있다. 상기 세포는 개체(예를 들어, 인간 세포) 유래의 포유동물 세포일 수 있다. 대변 샘플은 세포의 혼합물을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 대변 샘플은 바이러스를 포함한다. 대변 샘플은 샘플 내의 세포 또는 바이러스 유래의 생체분자 또는 바이오마커의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 바이오마커 또는 생체분자는 단백질, 핵산 분자, 지질, 탄수화물, 당단백질, 지단백질, 또는 이의 변형 또는 조합을 포함할 수 있다. 하나 이상의 바이오마커 또는 생체분자는 본 출원의 다른 곳에 기재된 바와 같이 샘플로부터 단리될 수 있다.
센서는 하나 이상의 세포(또는 바이러스)를 용해시키기 위한 영역을 포함할 수 있다. 용해 영역은 센서의 마이크로플루이딕 디바이스 내로 통합될 수 있고, 복수의 채널을 포함할 수 있고, 경우에 따라 센서의 전자장치 유닛과 통합될 수 있다. 예를 들어, 센서는 대변 샘플 내의 세포의 전기분해를 수행하기 위한 내장형 전자장치 또는 전기적 접속부를 포함하는 마이크로플루이딕 디바이스를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 센서는 용해를 위한 영역을 포함할 수 있고, 용해된 생성물은 추가 처리를 위한 마이크로플루이딕 디바이스에 전달될 수 있다. (센서 또는 마이크로플루이딕 디바이스의) 용해 영역은 하나 이상의 세포를 용해시키기 위해 사용될 수 있는 가열 부재(예를 들어, 가열 패드)를 포함할 수 있다. 가열 부재는 임의의 유용한 형태를 취할 수 있고, 그 예로는 팬, 가열 패드, 코일을 들 수 있고, 전도, 유도, 대류 등의 방식으로 열을 생성할 수 있다. 몇몇 경우에서, 폴리머(예를 들어, 폴리이미드)는 가열 패드를 위해 사용될 수 있다. 가열 부재는 파워 서플라이 또는 배터리에 연결될 수 있다. 가열 부재는 타겟 온도 및 타겟 온도를 위한 지속 시간을 설정하기 위해 사용될 수 있는 컨트롤러 및/또는 릴레이에 연결된 서미스터에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 세포 용해를 위해, 약 75-80 섭씨 온도(℃) 범위의 온도가 약 30-60초 동안 용해 영역에 적용될 수 있다. 상온을 초과하는 임의의 범위의 온도, 예를 들어 적어도 30℃, 적어도 40℃, 적어도 50℃, 적어도 60℃, 적어도 70℃, 적어도 80℃, 적어도 90℃, 적어도 100℃ 또는 그 초과의 온도가 가열 부재를 이용하여 센서에 적용될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
대안적으로 또는 추가적으로, 다른 용해 방법이 이용될 수 있다. 하나 이상의 세포의 용해는 전기적 용해, 초음파 용해(즉, 초음파 에너지의 인가), 레이저 또는 다른 포커스 에너지 용해, 기계적 용해(예를 들어 비드, 전단, 교반 등을 이용함), 생화학적 용해(예를 들어, 세정제, 효소 등을 이용함), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 용해는 전기적 용해를 이용하여 달성될 수 있고, 전기장 또는 전류는 세포를 용해시키기 위해 칩에 인가될 수 있다. 그러한 경우에서, 전기장은 센서의 전자장치 유닛과 통합되도록 구성된 전극 또는 전기 주입구를 통해 인가될 수 있거나, 센서가 마이크로플루이딕 유닛을 포함하는 경우에서, 전자장치 유닛은 센서의 마이크로플루이딕 유닛에 연결되거나 또는 마이크로플루이딕 유닛 내에 포함될 수 있다. 몇몇 경우에서, 용해 영역은 초음파 용해를 위해 초음파 에너지의 인가를 위한 와인딩 채널(winding channel)을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 용해는 화학적 제제(예를 들어, 세정제, 카오트로프) 또는 생물학적 제제(예를 들어, 효소)의 첨가에 의해 화학적으로 또는 생물학적으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 이온성 세정제(예를 들어, 나트륨 또는 사르코실 도데실 설페이트), 및/또는 비이온성 세정제(예를 들어, 트리톤-X 100, 트윈-20, CHAPS)는 세포를 용해시키기 위해 사용될 수 있다. 대변 샘플 내의 하나 이상의 세포의 용해는 용해된 대변 샘플을 산출할 수 있다.
몇몇 경우에서, 하나 이상의 생물학적 물질(본 출원에서 "생체분자"로도 언급됨, 예를 들어 단백질, 핵산, 지질, 탄수화물, 당단백질, 지단백질, 또는 이들의 변형 또는 조합)은 정제, 단리, 또는 추출될 수 있고, 정제된, 단리된 또는 추출된 생성물은 대변 샘플 또는 이의 유도체로부터 분석될 수 있다. 센서는 대변 샘플 내의 하나 이상의 세포로부터 핵산 분자를 분석하기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 경우에서, (예를 들어, 마이크로플루이딕 디바이스를 포함하는) 센서는 핵산 분자, 예를 들어 DNA, RNA, 미토콘드리아 DNA 등의 단리 및/또는 정제를 위한 영역을 포함한다. 단리 영역은 하나 이상의 주입구, 하나 이상의 채널, 및/또는 하나 이상의 배출구를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 핵산 분자의 단리는 (i) 하나 이상의 핵산 분자, 복수의 버퍼, 및 공기를 포함하는 샘플을 센서의 주입구 내로 제공하는 단계, (ii) 샘플 유래의 하나 이상의 핵산 분자를 결합하기 위해 비드를 이용하는 단계, (iii) 비드로부터 하나 이상의 핵산 분자를 방출하는 단계, 및 (iv) 하나 이상의 핵산 분자를 단리하는 단계를 포함한다. 몇몇 경우에서, 비드는 실리카 자기 비드를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 하나 이상의 핵산 분자를 포함하는 샘플은 용해된 대변 샘플로부터 유래될 수 있다. 몇몇 경우에서, 복수의 버퍼는 바인딩 버퍼, 세척 버퍼, 및 용출 버퍼를 포함할 수 있다. 바인딩 버퍼는 용해된 대변 샘플 유래의 핵산 분자를 (예를 들어, 비드에 부착된 랜덤 핵산 프라이머에 대한 하이브리드화에 의해) 비드에 컨쥬게이션 또는 연결시키기 위해 사용될 수 있다. 하나 이상의 과정은 센서의 채널 중 하나에서 일어날 수 있다. 예를 들어, 용해된 대변 샘플, 바인딩 버퍼, 비드, 세척 버퍼, 및 용출 버퍼, 및 공기는 하나 이상의 주입구에 의해 센서 또는 이의 일부분(예를 들어, 센서 내의 마이크로플루이딕 디바이스) 내로 순차적으로 또는 동시에 도입될 수 있다. 핵산 분자는 채널 내의 비드에 결합 또는 연결될 수 있고, (예를 들어, 자석을 이용하여) 채널 내의 영역에 고정화될 수 있다. 잔류 입자(예를 들어, 단백질, 지질, 탄수화물, 다른 생체분자) 및/또는 버퍼는 (예를 들어, 배출구에 의해) 칩으로부터 세척될 수 있고, 정제된 생성물 뒤에 이탈할 수 있다. 이어서, 용출 버퍼는 비드로부터 핵산 분자를 분리시키기 위해 및 배출구에 의해 칩으로부터 핵산 분자를 단리하기 위해 사용될 수 있다.
몇몇 경우에서, 단백질 또는 다른 생물학적 입자(예를 들어, 세포 또는 세포 구성성분, 예를 들어 핵산 분자)는 정제될 수 있다. 그러한 경우에서, 상기 방법은 (i) 하나 이상의 생물학적 입자, 복수의 버퍼, 및 공기를 바이오센서의 주입구 내로 제공하는 단계, (ii) 샘플 유래의 하나 이상의 생물학적 입자를 결합시키기 위해 작용화된 비드를 이용하는 단계, (iii) 비드로부터 하나 이상의 생물학적 입자를 방출하는 단계, 및 (iv) 하나 이상의 생물학적 입자를 단리하는 단계를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 비드는 실리카 자기 비드일 수 있다. 몇몇 경우에서, 하나 이상의 생물학적 입자를 포함하는 샘플은 용해된 대변 샘플로부터 유래할 수 있다. 몇몇 경우에서, 복수의 버퍼는 바인딩 버퍼, 세척 버퍼, 및 용출 버퍼를 포함할 수 있다. 바인딩 버퍼는 용해된 대변 샘플 유래의 생물학적 입자를 (예를 들어, 항체-항원 결합에 의해) 비드에 컨쥬게이션 또는 연결하기 위해 사용될 수 있다. 하나 이상의 과정은 바이오센서의 채널 중 하나에서 일어날 수 있다. 예를 들어, 용해된 대변 샘플, 바인딩 버퍼, 비드, 세척 버퍼, 및 용출 버퍼, 및 공기는 센서(또는 마이크로플루이딕 디바이스) 내로 하나 이상의 주입구에 의해 순차적으로 또는 동시에 도입될 수 있다. 생물학적 입자는 채널 내의 비드에 결합 또는 연결될 수 있고, (예를 들어, 자석을 이용하여) 채널 내의 영역에 고정화될 수 있다. 잔류 입자 및/또는 버퍼는 (예를 들어, 배출구에 의해) 칩으로부터 세척됨으로써 정제된 생성물을 생성할 수 있다. 이어서, 용출 버퍼는 비드로부터 생물학적 입자를 분리하기 위해 및 배출구에 의해 센서 또는 칩으로부터 생물학적 입자를 단리하기 위해 사용될 수 있다.
본 출원에 기재된 바와 같이, 비드는 고체 또는 반고체 입자일 수 있다. 비드는 겔, 고체, 다공성 고체 등일 수 있다. 비드는 하나 이상의 폴리머를 포함하는 폴리머 비드일 수 있다. 겔 비드는 폴리머 매트릭스(예를 들어, 중합 또는 교차결합에 의해 형성된 매트릭스) 및 폴리머의 IPN(interpenetrating network, 상호침투 네트워크)을 포함할 수 있다. 비드의 하나 이상의 폴리머는 예를 들어 랜덤 코폴리머로 무작위 배열될 수 있고/있거나 블록 코폴리머에서와 같이 규칙적인 구조를 보유할 수 있다. 비드는 거대분자를 포함할 수 있거나 또는 분자(예를 들어, 거대분자), 예를 들어 모노머 또는 폴리머의 공유 또는 비공유 어셈블리에 의해 형성될 수 있다. 그러한 폴리머 또는 모노머는 천연 또는 합성일 수 있다. 그러한 폴리머 또는 모노머는 예를 들어, 핵산 분자(예를 들어, DNA 또는 RNA)일 수 있거나 또는 상기 핵산 분자를 포함할 수 있다. 비드는 폴리머 재료로 형성될 수 있다. 비드는 자기 또는 비자기일 수 있다. 비드는 강성일 수 있다. 비드는 가요성 및/또는 압축 가능할 수 있다. 비드는 하나 이상의 폴리머를 포함하는 코팅으로 피복된 고체 입자(예를 들어, 철 옥사이드, 금 또는 은을 포함하는 금속계 입자이나, 이들로 제한되는 것은 아님)일 수 있다. 비드는 실리카 입자일 수 있다. 비드는 하나 이상의 재료, 예를 들어, 금속 및 실리카(예를 들어, 유리), 세라믹 등을 포함할 수 있다. 비드는 맞춤형이거나, 또는 시판되는 것일 수 있다. 몇몇 경우에서, 비드는 10 나노미터 내지 10 마이크로미터 사이의 직경을 보유할 수 있다. 비드 크기의 범위는 각각의 실시양태에서 활용될 수 있다. 대안적으로, 비드는 10 나노미터 미만 또는 10 마이크로미터 초과의 직경을 보유할 수 있다.
센서는 복수의 레저버를 포함할 수 있거나 또는 복수의 레저버에 연결될 수 있다. 상기 레저버는 물 및/또는 버퍼를 보유할 수 있다. 예를 들어, 제1 레저버는 바인딩 버퍼를 보유할 수 있고, 제2 레저버는 세척 버퍼를 보유할 수 있고, 제3 레저버는 용출 버퍼를 보유할 수 있고, 및 제4 하우징은 물 및/또는 세정제 또는 멸균제(예를 들어, 표백제)를 보유할 수 있다. 하나 이상의 레저버는 튜빙, 밸브(예를 들어, 핀치 밸브, 다이어프램 밸브, 볼 밸브), 및/또는 하나 이상의 펌프에 의해 바이오센서(즉, 마이크로플루이딕 디바이스)에 연결될 수 있다. 밸브는 레저버 내의 유체의 바이오센서로의 유동, 유속, 유동 부피 등을 제어할 수 있다. 펌프는 레저버 내의 유체의 상기 센서로의 유속 또는 유동 부피 등을 제어할 수 있다.
본 출원에 기재된 부품 및 과정의 임의의 조합이 사용될 수 있다. 예를 들어, (마이크로플루이딕 디바이스를 포함할 수 있는) 센서는 중력 침강을 위한 영역, 사이즈 여과를 위한 영역, 세포 용해를 위한 영역, 및 생체분자(예를 들어, DNA)의 수집 및/또는 단리를 위한 영역을 포함할 수 있다. 센서는 직렬로 또는 병렬로 연결 및/또는 접속되는 일련의 바이오센서를 포함할 수 있다. 바이오센서는 튜빙, 용기, 튜브, 또는 임의의 다른 유용한 접속 방법에 의해 유체공학적으로 연결될 수 있다.
몇몇 경우에서, 본 출원에 기재된 하나 이상의 과정은 자동적으로 수행된다. 예를 들어, 하나 이상의 유체(예를 들어, 버퍼, 공기)의 펌핑은 밸브, 자석, 및/또는 펌프에 연결될 수 있는 마이크로컨트롤러를 이용하여 자동화될 수 있다. 마이크로컨트롤러는 임의의 적합한 마이크로컨트롤러, 예를 들어 아르두이노 컨트롤러, 라즈베리 파이 컨트롤러 등일 수 있다. 몇몇 경우에서, 센서의 전자장치 유닛은 프로그램 가능한 마이크로컨트롤러를 포함한다. 몇몇 경우에서, 센서의 전자장치 유닛은 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함한다. 하나 이상의 과정의 자동화는 조작을 능률화하고, 인간의 실수를 최소화하고, 조작 시간을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 출원에 기재된 방법은 5-10분 시간 프레임 또는 상이한 시간 프레임 내에 수행되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 출원에 기재된 방법 또는 과정(예를 들어, 샘플 수집, 균질화, 여과, 용해, 처리, 생체분자의 단리 또는 추출, 저장, 인큐베이션, 반응 지속 등)은 최대 10초, 최대 20초, 최대 30초, 최대 40초, 최대 50초, 최대 60초, 최대 70초, 최대 80초, 최대 90초, 최대 100초, 최대 5분, 최대 10분, 최대 20분, 최대 30분, 최대 1시간, 최대 2시간, 최대 3시간, 최대 4시간, 최대 5시간, 또는 그 초과의 시간 내에 수행될 수 있다. 본 출원에 기재된 방법 및 과정은 시간 프레임 범위, 예를 들어 30초 내지 30분, 10분 내지 90분 등 내에 수행될 수 있다.
센서는 여러 가지 유용한 기능 및/또는 피쳐를 보유할 수 있다. 센서, 또는 이의 일부분은 일회용으로 구성될 수 있다. 몇몇 경우에서, 센서, 이의 구성요소는 재활용 가능한 또는 일회용 플라스틱 또는 폴리머, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 아크릴, 폴리카르보네이트, 폴리락트산, 나일론, 또는 이의 유도체(예를 들어, 고밀도, 저밀도, 가교된 등)를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 센서 또는 이의 구성요소는 복수의 폴리머를 포함할 수 있다. 폴리머는 바이오폴리머 또는 합성 폴리머일 수 있다. 폴리머는 가교될 수 있다. 폴리머는 코폴리머, 예를 들어, 블록 코폴리머, 호모폴리머, 헤테로폴리머 등일 수 있다. 몇몇 경우에서, 센서의 일회용 구성요소는 처리될 새로운 샘플을 위해 대체될 수 있다. 센서의 일회용 구성요소의 대체는 수동으로 수행될 수 있거나 또는 자동화될 수 있다. 몇몇 경우에서, 센서 또는 이의 구성요소는 사용된 칩을 방출하고 새로운 칩을 로딩하기 위한 메커니즘을 포함할 수 있다.
센서는 처리된 대변 샘플의 파라미터를 분석하기 위해 사용될 수 있다. 상기 파라미터는 건강, 생리학적 또는 병리학적 파라미터일 수 있거나, 또는 건강, 생리학적 또는 병리학적 파라미터를 나타내거나 또는 대변하는 파라미터일 수 있다. 몇몇 경우에서, 파라미터는 생물학적 물질의 존재 또는 농도이다. 생물학적 물질은 세포 또는 세포의 구성성분, 예를 들어 핵산, 단백질, 펩타이드, 폴리펩타이드, 지질, 탄수화물, 기관, 거대분자, 생체분자, 대사산물, 또는 이들의 유도체 또는 조합일 수 있다. 생물학적 물질은 개체로부터 유래할 수 있거나, 또는 바이러스, 미생물(예를 들어, 박테리아, 원생생물, 균류) 또는 다른 유기체로부터 유래할 수 있다. 생물학적 물질은 신체의 유체 또는 이의 구성성분, 예를 들어 혈액, 혈청, 혈장, 가래, 정액, 타액, 소변, 대변, 뇌척수액, 활막액, 눈물, 점액, 림프액, 담즙산, 고름 등을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 대변은 비생물학적 입자의 존재 또는 농도에 대해 분석된다. 비생물학적 입자의 비제한적인 예는 유기 화합물, 비유기 화합물, 저분자(예를 들어, 약물 또는 화합물), 금속, 미네랄 등을 포함한다. 몇몇 경우에서, 화학적 또는 생물학적 물질 또는 비생물학적 입자는 건강, 생리학적 또는 병리학적 상태를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 생물학적 물질은 질병 또는 질병의 소인을 나타내는 핵산 서열(예를 들어, DNA, RNA)일 수 있다. 생물학적 물질의 존재는 바이러스 또는 유기체(박테리아, 균류, 원생생물 등)의 존재를 나타낼 수 있다. 다른 예에서, 생물학적 물질은 질병 또는 질병의 소인을 나타낼 수 있는 단백질일 수 있다.
대변 샘플 또는 이의 유도체(예를 들어, 처리된 대변 샘플)의 파라미터를 분석하는 것은 하나 이상의 생화학적 기법 및/또는 어세이를 포함할 수 있다. 샘플의 분석은 이미징 및/또는 현미경분석(예를 들어, 형광 현미경분석, 명시야 또는 투과광 현미경분석, 암시야 현미경분석, 편광 현미경분석, 차등 간섭 대비 현미경분석, 상 대비 현미경분석 등)을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 대변 샘플 또는 이의 유도체의 분석은 하나 이상의 생화학적 어세이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 분석은 핵산 분석, 예를 들어 서열결정, PCR, 인 시츄 하이브리드화 또는 다른 핵산 분석 기법을 포함할 수 있다. 분석은 단백질 또는 펩타이드 분석, 예를 들어 질량 분광분석법, 핵 자기 공명, 라만 분광법, 푸리에변환 적외선 분광법, X선 광전자 분광법, 흡수 분광법, 방출 분광법, 탄성 산란 분광법, 방출 분광법, 임피던스 분광법, 공명 분광법, 수정 진동자 미세저울, 면역어세이(예를 들어, 웨스턴 블롯, 면역세포화학 또는 면역조직화학), 결정학 또는 다른 단백질 분석 방법을 포함할 수 있다. 기법들의 조합이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 샘플은 이미징될 수 있고, 생화학적 어세이(예를 들어, 서열결정, PCR, 면역어세이 등)가 수행될 수 있다.
임의의 편리하거나 또는 유용한 조작에서, 센서 또는 이의 일부분(예를 들어, 마이크로플루이딕 디바이스)은 추후 사용을 위해 저장될 수 있다. 예를 들어, 샘플 처리 및/또는 분석 이전, 도중, 또는 이후에 센서 또는 이의 일부분(예를 들어, 칩)을 저장하는 것이 유용할 수 있다. 몇몇 경우에서, 센서는 추가 분석을 위해 저장될 수 있다. 저장은 임의의 편리한 과정 도중에, 예를 들어 센서에 대변 샘플 또는 이의 유도체를 도입한 이후에, 여과 이후에, 용해 이후에, 정제 이후 등에 일어날 수 있다. 몇몇 경우에서, 센서 또는 칩의 저장은 대변 샘플 또는 이의 유도체의 분석 이후에 일어날 수 있고, 칩은 저장될 수 있고, 후속적으로 재분석될 수 있다. 몇몇 경우에서, 센서 또는 칩은 복수의 시약을 포함할 수 있고, 사용 이전에 저장될 수 있다(예를 들어, 이용할 수 있는 "기성품(off-the-shelf")). 센서는 저장 이후에 예를 들어 가열 또는 냉각, 용액 또는 버퍼 내에서의 재현탁 등에 의해 활성화 또는 사용 가능하도록 구성될 수 있다. 센서 또는 칩의 저장은 건조, 냉각, 동결, 발효, 경화, 동결건조, 가열, 살균, 또는 칩에의 보존 또는 멸균 시약의 첨가를 포함할 수 있다. 보존 또는 멸균 시약의 비제한적인 예는 포름알데히드, 파라포름알데히드, tert-부틸하이드로퀴논, 항균제, 예를 들어 소르브산, 나트륨 소르베이트, 벤조산, 나트륨 벤조에이트, 하이드록시벤조에이트, 이산화황, 설파이트, 니트라이트, 니트레이트, 락트산, 프로피온산, 이소티아졸리논, 페놀 유도체, 아스코르브산, 부틸화 하이드록시톨루엔, 갈산, 토코페롤 등을 포함한다.
몇몇 경우에서, 하나 이상의 시약 및/또는 정제된 생성물(예를 들어, 단리된 생물학적 입자)은 저장될 수 있다. 몇몇 경우에서, 정제된 생성물(예를 들어, 단리된 DNA)은 추가 분석을 위해 저장될 수 있다. 몇몇 경우에서, 정제된 생성물의 저장은 정제된 생성물의 분석 이전 또는 이후에 일어날 수 있다. 정제된 생성물의 저장은 건조, 냉각, 동결, 발효, 경화, 동결건조, 가열, 살균, 또는 보존 또는 멸균 시약, 예를 들어 EDTA, TE 버퍼, 포름알데히드, 파라포름알데히드, tert-부틸하이드로퀴논, 항균제, 예를 들어 소르브산, 나트륨 소르베이트, 벤조산, 나트륨 벤조에이트, 하이드록시벤조에이트, 이산화황, 설파이트, 니트라이트, 니트레이트, 락트산, 프로피온산, 이소티아졸리논, 페놀 유도체, 아스코르브산, 부틸화 하이드록시톨루엔, 갈산, 토코페롤 등의 첨가를 포함할 수 있다.
센서 또는 센서의 전자장치 유닛은 대변 샘플 또는 대변 수집기의 파라미터에 대응하는 데이터(예를 들어, 수집 또는 처리의 상태, 대변 수집기 또는 샘플 수집 처리의 에러 등)의 전송 및/또는 수용을 가능하게 하는 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 데이터는 통신 인터페이스와 통신하는 전자 디바이스에 (예를 들어, 전자장치 유닛에 의해) 전송될 수 있다. 통신 인터페이스는 무선 통신 인터페이스, 예를 들어, Wi-Fi 인터페이스, 근거리 무선 통신 인터페이스, 또는 블루투스 인터페이스일 수 있다. 전자 디바이스는 통신 인터페이스와 통신할 수 있는 디바이스일 수 있다. 전자 디바이스는 모바일 디바이스(예를 들어, 스마트폰, 태블릿, 랩탑 등)일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 통신 인터페이스는 유선 통신 인터페이스일 수 있다. 센서는 통신용 포트 및/또는 파워 서플라이(예를 들어, 유니버셜 시리얼 버스(USB), USB 타입 C, 썬더볼트, 에테넷 등)을 포함할 수 있다.
센서의 전자장치 유닛은 하나 이상의 전자장치를 포함할 수 있다. 전자장치 유닛은 마이크로컨트롤러, 검출 시스템, 센서, 통신 인터페이스, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 전자장치 유닛은 복수의 센서와 통합될 수 있거나, 또는 하나 이상의 센서에 연결될 수 있다. 전자장치는 정보 처리, 신호 처리를 위해 사용될 수 있고, 진공 튜브, 트랜지스터, 다이오드, 집적 회로, 전기적 구성요소, 광전자장치, 와이어, 모터, 제너레이터, 배터리, 스위치, 릴레이, 트랜스포머, 레지스터, 트랜스미터, 리시버를 포함하나 이들로 제한되는 것은 아닌 임의의 적합한 부품을 포함할 수 있다. 전자장치는 아날로그 회로, 디지털 회로, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 전자장치 유닛은 다른 분석 유닛, 예를 들어 서열결정 유닛, 질량 분광분석기, FTIR 등과 통합되도록 구성되는 유닛을 포함할 수 있다. 전자장치 유닛은 전극, 전기 주입구, 또는 전극을 포함하거나 또는 전극과 연결되도록 구성되는 전기적 유닛을 포함할 수 있는데, 이는 센서 또는 이의 일부분에서 하나 이상의 처리 조작(예를 들어, 세포 용해)에 사용될 수 있다.
도 1a는 대변 샘플을 분석하기 위한 예시적인 워크플로우(100)를 모식적으로 나타낸다. 과정(105)에서, 대변 샘플은 변기에 연결될 수 있는 대변 수집기를 이용하여 수집될 수 있다. 과정(105)은 수집될 수 있고/있거나 센서(107)에 전달될 수 있는 대변 샘플의 유도체, 예를 들어 균질화된 대변 샘플을 생성하기 위한 샘플 처리를 포함할 수 있다. 과정(110)에서, 대변 샘플 또는 이의 유도체는 추가로 처리된다. 몇몇 경우에서, 처리는 침강에 의한 여과를 포함하는데, 이는 더 큰 입자, 데브리스 등을 여과 제거할 수 있다. 중력 여과 또는 침강은 센서의 구성요소(예를 들어, 마이크로플루이딕 디바이스)에서 일어날 수 있다. 과정(115)에서, 대변 샘플은 센서에서 추가로 처리될 수 있다. 몇몇 경우에서, 처리는 마이크로플루이딕 디바이스에서의 여과를 포함한다. 마이크로플루이딕 디바이스는 크기에 의한 입자의 순차적인 여과를 가능하게 하는 복수의 기둥 및 채널 높이를 포함할 수 있다. 과정(120)에서, 여과된 샘플은 샘플 내의 하나 이상의 세포의 용해를 위해 충분한 조건을 겪을 수 있다. 예를 들어, 샘플은 가열될 수 있거나, 용해 시약이 도입될 수 있다. 과정(125)에서, 정제가 수행될 수 있다. 몇몇 경우에서, 정제는 대변 샘플로부터 하나 이상의 생물학적 입자의 단리를 포함한다. 생물학적 입자는 세포의 구성성분(예를 들어, 핵산 분자, 단백질, 펩타이드, 지질, 탄수화물, 또는 이들의 조합)일 수 있다. 몇몇 경우에서, 세포 또는 세포들 유래의 핵산(예를 들어, DNA)은 단리될 수 있다. 핵산 분자의 단리는 복수의 비드를 이용하여 일어날 수 있다. 몇몇 경우에서, 비드는 세포 또는 세포들 유래의 핵산 분자를 연결하기 위해 사용된다. 비드는 자성이 있을 수 있고, 자기력의 인가는 비드를 고정화할 수 있다. 이어서, 비드는 세척될 수 있고, 폐기물(즉, 비드에 연결되지 않음)은 칩으로부터 용출될 수 있다. 과정(130)에서, 생물학적 입자(예를 들어, 핵산 분자)는 예를 들어 비드를 이용하여 단리될 수 있다. 과정(135)에서, 단리된 생물학적 입자의 일부분은 추가로 처리 및/또는 분석될 수 있다. 예를 들어, 핵산은 하이브리드화 어세이 및 이미징 또는 현미경분석이 수행될 수 있다. 그러한 경우에서, 형광 분자는 핵산 서열의 존재를 검출하기 위해 도입될 수 있다. 과정(140)에서, 과정(135) 유래의 데이터는 통신 인터페이스에 의해 클라우드 저장 및/또는 컴퓨팅 시스템에 전송될 수 있다. 과정(130) 유래의 단리된 생물학적 입자의 일부분은 또한 과정(145)에서 저장될 수 있다. 예를 들어, 단리된 생물학적 입자는 동결 또는 건조될 수 있다. 과정(150)에서, 과정(130) 유래의 생물학적 입자의 단리된 일부분은 추가 처리 및 분석을 위해 떨어진 위치로 추가로 보내질 수 있다. 예를 들어, 과정(150)은 핵산 서열결정, PCR, 서던 블롯 또는 다른 핵산 분석을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 생물학적 입자는 단백질이고, 과정(150)은 웨스턴 블롯, 이뮤노어세이, 또는 다른 단백질 어세이를 포함할 수 있다. 과정(155)에서, 과정(150)으로부터 수득된 데이터는 통신 인터페이스에 의해 클라우드 저장 및/또는 컴퓨팅 시스템에 전송될 수 있다. 과정(110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 및 145, 또는 이들의 조합)은 센서(107) 또는 이의 일부분에서 일어날 수 있다.
도 1b는 본 출원에 기재된 몇몇 실시양태에 따른 대변 샘플을 자동적으로 처리하기 위한 다른 예시적인 워크플로우를 모식적으로 나타낸다. 상기 워크플로우는 대변 수집기 및 수집 유닛(몇몇 경우에서, "시스템"으로 언급될 수 있음)을 이용하여 수행될 수 있다. 과정(157)에서, 대변 수집기는 사용자 또는 개체를 검출할 수 있고, 대변 샘플의 수집을 준비할 수 있다. 과정(159)에서, 시스템(예를 들어, 대변 수집기)은 대변 샘플이 수집되었음을 검출할 수 있고, 수집을 중단할 수 있다. 대변 수집기는 대변 샘플 수집이 충분한지 또는 종료되는지를 결정하기 위해 예를 들어, 센서(예를 들어, 중량 센서)를 포함할 수 있다. 과정(161)에서, 물 또는 다른 균질화 유체는 대변 샘플을 균질화하기 위해 도입될 수 있고, 이는 챔버 또는 다른 용기 또는 컨테이너에서 일어날 수 있다. 과정(163)에서, 대변 샘플은 여과될 수 있고, 용해 유닛(예를 들어, 용해 챔버)으로 수송될 수 있다. 과정(165)에서, 샘플은 용해 챔버와 수집 챔버 사이를 재순환하여 용해 유닛의 충분한 충전을 보장할 수 있다. 과정(167)에서, 대변 샘플 또는 이의 유도체는 예를 들어 용해에 의해 추가로 처리될 수 있다. 용해는 (예를 들어, 본 출원의 다른 곳에 기재된 바와 같이 모터 및 임펠러를 이용하는) 기계적 용해를 포함할 수 있다. 과정(169)에서, 공기 또는 다른 기체 또는 유체는 (예를 들어, 밸브에 의해) 단리 유닛 내에 도입될 수 있는데, 이는 용해 유닛과 유체 연통할 수 있거나 또는 용해 유닛 내에서 수행된다. 과정(171)에서, 바인딩 버퍼 및 비드(예를 들어, 생체분자에 결합되도록 구성되는 분자, 예를 들어 핵산 분자, 단백질, 항체 등을 포획하는 것을 포함함)는 단리 유닛 내에 도입될 수 있다. 과정(173)에서, 대변 샘플 또는 이의 유도체는 비드 및 바인딩 버퍼와 혼합될 수 있다. 비드-샘플 혼합물은 과정(175)에서 저장 유닛에 수송될 수 있다. 추가 처리, 예를 들어 세척 버퍼를 이용하는 세정은 과정(177)에서 수행될 수 있다. 세척 버퍼는 제거될 수 있고, 비드는 임의로 과정(179)에서 건조될 수 있다. 과정(181)에서, 용출 버퍼는 단리 유닛에 수송될 수 있다. 용출 버퍼는 과정(183)에서 비드와 혼합될 수 있다. 과정(185)에서, 용출된(또는 그렇지 않으면 추출된 또는 단리된) 생체분자는 다른 저장 유닛에 수송될 수 있는데, 이는 과정(175)에서의 저장 유닛과 동일하거나 상이할 수 있다. 과정(187)에서, 임의의 수의 조작은 반복될 수 있다(예를 들어, 171, 173, 175, 177, 179, 181, 183, 및 185). 과정(189)에서, 최종 용출물(또는 단리된 또는 추출된 생체분자)은 과정(175 또는 185)의 것들과 동일하거나 또는 상이할 수 있는) 다른 저장 유닛에 수송될 수 있다. 과정(191)에서, 시스템은 예를 들어 물, 표백제 등을 이용하여 세정될 수 있다. 과정(193)에서, 폐기물은 폐기물 유닛 내에, 또는 수집 또는 균질화 챔버 내에 저장될 수 있고, 변기 배수관 내로 방출될 수 있다. 본 출원에 기재된 바와 같이, 본 출원에 기재된 과정의 임의의 조합 또는 모두는 자동적으로 수행될 수 있다.
도 2는 대변 샘플 또는 이의 유도체(예를 들어, 처리된 대변 샘플)의 파라미터를 분석하기 위한 센서의 일부분의 모식도를 나타낸다. 센서는 도 2a에 나타낸 바와 같이, 마이크로플루이딕 디바이스(2000)를 포함할 수 있다. 마이크로플루이딕 디바이스(2000)의 영역(2005)은 가변 크기의 복수의 피쳐(예를 들어, 미세기둥)를 포함할 수 있는데(도 2b 참조), 이는 크기에 의해 샘플을 여과하기 위해 사용될 수 있다. 영역(2005)은 규정된 크기의 미세기둥을 보유하는 복수의 영역 또는 대역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 최대 미세기둥은 약 1 mm의 입자를 여과할 수 있고, 이는 후속적으로 더 작은 미세기둥을 통해 통과될 수 있다. 마이크로채널의 높이는 또한 피쳐 크기에 따라 감소될 수 있다. 최소 피쳐는 약 50 마이크로미터의 입자를 여과할 수 있다. 피쳐 크기, 채널 치수, 및 센서의 다른 치수는 조정될 수 있다. 예를 들어, 센서는 전체 길이 스케일의 디바이스를 포함할 수 있는데, 예를 들어 나노미터, 밀리미터, 센티미터 등이다. 영역(2010)은 영역(2005)에 유체공학적으로 연결될 수 있다. 영역(2010)은 복수의 용해 채널을 포함할 수 있다. 하나 이상의 세포를 포함할 수 있는 영역(2005)으로부터 여과된 대변 샘플이 (예를 들어, 튜빙에 의해) 영역(2010)에 전달될 수 있다. 용해는 영역(2010)에서 수행될 수 있다. 몇몇 경우에서, 가열 패드(예를 들어, 폴리이미드 가열 패드)는 샘플을 가열하기 위해 센서에 인접하여 위치됨으로써 하나 이상의 세포를 용해시킬 수 있다. 가열 패드는 배터리에 의해 구동될 수 있거나 또는 전기 배출구 또는 파워 서플라이에 연결될 수 있다. 몇몇 경우에서, 가열 패드는 센서 내에 매립될 수 있고 릴레이 또는 컨트롤러(도시하지 않음)에 접속될 수 있는 서미스터를 이용하여 제어된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 용해는 전류 또는 전기장, 초음파 에너지, 레이저 또는 포커스 에너지의 인가, 또는 기계적 용해(예를 들어, 비드, 전단 또는 교반을 이용함), 화학적 용해(예를 들어, 계면활성제, 세정제, 효소 등을 이용함), 또는 이들의 조합을 포함하나 이들로 제한되는 것은 아닌 다른 방법을 이용하여 수행될 수 있다. 용해 이후, 여과되고 용해된 대변 샘플은 배출구에 의해 센서로부터 회수될 수 있다. 도 2c는 대변 샘플의 파라미터를 분석하기 위한 센서의 마이크로플루이딕 디바이스의 모식도인데, 이는 필터 영역(2005), 및 시간에 따라 초음파 에너지의 인가를 위해 사용될 수 있는 와인딩 채널을 포함하는 용해 영역(2010)을 포함한다. 마이크로플루이딕 디바이스는 추가적으로 세포 용해를 위해 전기장 또는 전류를 인가하기 위한 전기 주입구를 포함할 수 있는 채널(2015)을 포함할 수 있다. 영역(2005)의 일부분은 (예를 들어, 튜빙을 이용하여) 용해 영역(2010)에 연결될 수 있다. 대변 샘플은 예를 들어 데브리스를 제거하기 위해 영역(2005) 내에서 여과될 수 있고, 여과된 대변 샘플은 용해 영역(2010) 내로 주입될 수 있다. 샘플은 본 출원에 기재된 바와 같이 용해될 수 있고, 생성물은 마이크로플루이딕 디바이스 또는 센서로부터 회수될 수 있다.
여과되고 용해된 대변 샘플은 추가 처리, 예를 들어 정제를 위해 제2 마이크로플루이딕 디바이스에 연결될 수 있다. 도 3은 대변 샘플의 추가 처리를 위해 사용된 예시적인 마이크로플루이딕 디바이스를 모식적으로 나타낸다. 마이크로플루이딕 디바이스(3000)는 도 2에 나타낸 하나 이상의 마이크로플루이딕 디바이스(2000)에 연결될 수 있다. 몇몇 경우에서, 마이크로플루이딕 디바이스(3000)는 도 2에 나타낸 마이크로플루이딕 디바이스(2000)의 부품일 수 있다. 마이크로플루이딕 디바이스(3000)는 주입 포트(3005)를 포함할 수 있고, 이는 하나 이상의 레저버(도시하지 않음)에 연결될 수 있다. 몇몇 경우에서, 각각의 포트(3005)는 별개의 레저버에 연결될 수 있다. 몇몇 경우에서, 하나 이상의 포트(3005)는 동일한 레저버에 연결될 수 있다. 레저버 또는 레저버들은 마이크로플루이딕 디바이스(3000) 내로 도입될 임의의 유용한 유체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 레저버는 공기, 물, 버퍼, 또는 임의의 유용한 시약을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 버퍼는 샘플의 정제(예를 들어, 생물학적 입자, 예를 들어 핵산 분자의 단리)를 위해 사용될 수 있다. 그러한 경우에서, 레저버 또는 레저버들은 공기, 바인딩 버퍼, 세척 버퍼, 및 용출 버퍼를 포함할 수 있다. 복수의 비드(예를 들어, 자기 비드)는 별개의 포트에 의해 도입될 수 있거나 또는 버퍼 중 하나(예를 들어, 바인딩 버퍼)와 혼합될 수 있다. 각각의 레저버는 유체공학적으로 마이크로플루이딕 디바이스(3000)에 연결될 수 있다. 몇몇 경우에서, 연결은 하나 이상의 밸브(예를 들어, 핀치 밸브)를 추가로 포함하고, 이는 각각의 레저버에서 유체의 유속을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 하나 이상의 포트(3005)는 도 2에 나타낸 마이크로플루이딕 디바이스(2000)에 (예를 들어, 유체공학적으로) 연결될 수 있다. 예를 들어, 대변 샘플의 여과 및 용해 이후, 여과되고 용해된 생성물은 배출구를 통해 배출되고, 주입구 포트(3005)를 통해 제2 마이크로플루이딕 디바이스 내로 진입한다. 몇몇 경우에서, 마이크로플루이딕 디바이스(3000)는 도 2의 마이크로플루이딕 디바이스(2000)와 통합된다(즉, 제거할 수 없음).
또한, 마이크로플루이딕 디바이스(3000)는 샘플 처리를 위한 채널(3010)을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 여과되고 용해된 대변 샘플은 주입구 포트(3005)에 의해 센서(3000)의 채널(3010)에 도입된다. 채널(3010)은 또한 반응 챔버로서도 작용할 수 있다. 여과되고 용해된 대변 샘플의 채널(3010)로의 도입 이전, 도중 또는 이후, 바인딩 버퍼는 주입구 포트(3005)에 의해 도입될 수 있고, 이는 여과되고 용해된 대변 샘플을 도입하기 위해 사용된 포트와 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 몇몇 경우에서, 바인딩 버퍼는 복수의 비드(예를 들어, 자기 비드)와 함께 동시에 도입될 수 있다. 몇몇 경우에서, 비드는 바인딩 버퍼와 혼합될 수 있고, 채널(3010) 내로 도입될 수 있다. 비드는 압타머, 비오틴, 아비딘 또는 스트렙타비딘, 항체, 실리카, 또는 생물학적 분자를 포획하기 위해 유용한 다른 모이어티를 포함할 수 있다. 예를 들어, 비드는 여과되고 용해된 대변 샘플 내의 핵산 분자에 연결될 수 있거나 또는 상기 핵산 분자와 하이브리드화할 수 있는 핵산 포획 서열을 포함할 수 있다. 비드는 용해된 대변 샘플 유래의 생물학적 입자(예를 들어, 핵산 분자)와 함께 인큐베이션되어 연결될 수 있다. 몇몇 경우에서, 바인딩 버퍼는 비드에 대한 생물학적 입자의 결합을 촉진시키는 시약을 포함한다. 생물학적 입자에 대한 비드의 결합 이전, 도중 또는 이후, 자기력 또는 전자기력이 마이크로플루이딕 디바이스(3000)(예를 들어, 채널(3010))의 일부분에 인가될 수 있다. 자석 또는 전자기력의 인가는 비드의 동원 또는 고정화를 위해 사용될 수 있다. 자석 또는 전자기력은 비드를 교반하고/하거나 마이크로플루이딕 디바이스(3000)의 영역에 비드를 고정화하기 위해 사용될 수 있다. 고정화 이후, 비드, 관심 있는 하나 이상의 생물학적 입자(예를 들어, DNA)에 연결될 수 있는 일부분은 주입구 포트(3005)로부터 세척 버퍼를 도입함으로써 세척될 수 있다. 폐기물은 배출구(3015)에 의해 마이크로플루이딕 디바이스(3000)로부터 전달될 수 있다. 배출구(3015)는 밸브(예를 들어, 핀치 밸브)에 유체공학적으로 연결될 수 있고, 이는 용기, 수집 유닛, 처리 유닛, 및/또는 스크리닝 유닛(도시하지 않음)에 연결될 수 있다. 세척 버퍼는 비드를 세척하기 위해 사용될 수 있고, 폐기물은 배출구(3015)에 의해 마이크로플루이딕 디바이스(3000)로부터 폐기물 스트림 또는 용기에 전달될 수 있다. 세척 단계는 임의의 유용한 횟수로 반복될 수 있다. 세척 이후, 비드에 연결된 생물학적 입자는 용출 버퍼를 이용하여 용출될 수 있는데, 이는 주입구 포트(3005)로부터 도입될 수 있다. 용출 버퍼는 비드로부터 포획된 생물학적 입자(예를 들어, DNA)를 제거할 수 있고, 마이크로플루이딕 디바이스(3000)의 배출구(3015)로 전달될 수 있다. 이어서, 포획된 생물학적 입자는 수집될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 포획된 생물학적 입자는 스크리닝 어세이 및/또는 수집 및 저장 유닛에 전달될 수 있다. 몇몇 경우에서, 공기는 주입구 포트(3005)에 의해 도입되어 정제된 생성물(예를 들어, 생물학적 입자)을 배출구(3015)에 전달한다.
도 4는 대변 샘플을 분석하기 위한 마이크로플루이딕 디바이스의 이미지를 제공한다. 도 4a는 복수의 레저버에 연결된, 마이크로플루이딕 디바이스(3000)와 실질적으로 유사할 수 있는 마이크로플루이딕 디바이스(4000)를 나타낸다. 도 4b는 대변 샘플을 처리 및/또는 분석하기 위한 채널(4010)을 포함하는 마이크로플루이딕 디바이스(4000)를 나타낸다. 여과되고 용해된 대변 샘플은 3005와 실질적으로 유사할 수 있는 주입구(4005)에 의해 3010과 실질적으로 유사할 수 있는 채널(4010)에 도입될 수 있다. 채널(4010)은 또한 반응 챔버로서도 작용할 수 있다. 여과되고 용해된 대변 샘플의 채널(4010)로의 도입 이전, 도중 또는 이후, 바인딩 버퍼는 주입구(4005)에 의해 도입될 수 있고, 이는 여과되고 용해된 대변 샘플을 도입하기 위해 사용된 포트와 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 몇몇 경우에서, 바인딩 버퍼는 복수의 비드(예를 들어, 자기 비드)와 함께 동시에 도입될 수 있다. 몇몇 경우에서, 비드는 바인딩 버퍼와 혼합될 수 있고, 채널(4010) 내로 도입될 수 있다. 비드는 압타머, 비오틴, 아비딘 또는 스트렙타비딘, 항체, 실리카, 또는 생물학적 분자를 포획하기 위해 유용한 다른 모이어티를 포함할 수 있다. 예를 들어, 비드는 여과되고 용해된 대변 샘플 내의 핵산 분자에 연결될 수 있거나 또는 상기 핵산 분자와 하이브리드화할 수 있는 핵산 포획 서열을 포함할 수 있다. 비드는 용해된 대변 샘플 유래의 생물학적 입자(예를 들어, 핵산 분자)와 함께 인큐베이션되어 연결될 수 있다. 몇몇 경우에서, 바인딩 버퍼는 비드에 대한 생물학적 입자의 결합을 촉진시키는 시약을 포함한다.
도 4c는 적용된 자석(4020)을 보유하는 마이크로플루이딕 디바이스(4000)의 이미지를 나타낸다. 생물학적 입자에 대한 비드의 결합 이전, 도중 또는 이후, 자석(4020) 또는 전자기력은 마이크로플루이딕 디바이스(4000)의 일부분(예를 들어, 채널(4010))에 적용될 수 있다. 자석(4020) 또는 전자기력의 적용은 비드의 동원 또는 고정화를 위해 사용될 수 있다. 자석(4020) 또는 전자기력은 비드를 교반하고/하거나 마이크로플루이딕 디바이스(4000)의 영역에 비드를 고정화하기 위해 사용될 수 있다. 고정화 이후, 비드, 관심 있는 하나 이상의 생물학적 입자(예를 들어, DNA)에 연결될 수 있는 일부분은 주입구 포트(4005)로부터 세척 버퍼를 도입함으로써 세척될 수 있다. 폐기물은 배출구(4015)에 의해 마이크로플루이딕 디바이스(4000)로부터 전달될 수 있다. 배출구(4015)는 밸브(예를 들어, 핀치 밸브)에 유체공학적으로 연결될 수 있고, 이는 용기, 수집 유닛, 처리 유닛, 및/또는 스크리닝 유닛(도시하지 않음)에 연결될 수 있다. 세척 버퍼는 비드를 세척하기 위해 사용될 수 있고, 폐기물은 배출구(4015)에 의해 디바이스로부터 폐기물 스트림 또는 용기에 전달될 수 있다. 세척 단계는 임의의 유용한 횟수로 반복될 수 있다. 세척 이후, 비드에 연결된 생물학적 입자는 용출 버퍼를 이용하여 용출될 수 있는데, 이는 주입구 포트(4005)로부터 도입될 수 있다. 용출 버퍼는 비드로부터 포획된 생물학적 입자(예를 들어, DNA)를 제거할 수 있고, 마이크로플루이딕 디바이스(4000)의 배출구(4015)로 전달될 수 있다. 이어서, 포획된 생물학적 입자는 수집될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 포획된 생물학적 입자는 스크리닝 어세이 및/또는 수집 및 저장 유닛에 전달될 수 있다. 몇몇 경우에서, 공기는 주입구 포트(4005)에 의해 도입되어 정제된 생성물(예를 들어, 생물학적 입자)을 배출구(4015)에 전달한다.
본 출원에 기재된 과정 중 하나 이상은 자동적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 유체(예를 들어, 버퍼, 공기)의 펌핑은 밸브, 자석, 및/또는 펌프에 연결될 수 있는 마이크로컨트롤러를 이용하여 자동화될 수 있다. 마이크로컨트롤러는 임의의 적합한 마이크로컨트롤러, 예를 들어 아르두이노(Arduino) 컨트롤러, 라즈베리 파이(Raspberry Pi) 컨트롤러 등일 수 있다. 마이크로컨트롤러는 파워 서플라이(예를 들어, 12 V 배터리) 또는 다른 전기 소스에 접속될 수 있다.
정제된 생성물은 추가의 처리 및/또는 분석을 위해 제3 마이크로플루이딕 디바이스에 전달될 수 있다. 도 5는 대변 샘플의 파라미터를 분석하기 위한 예시적인 마이크로플루이딕 디바이스를 모식적으로 나타낸다. 마이크로플루이딕 디바이스(5000)는 도 2-3에 나타낸 하나 이상의 마이크로플루이딕 디바이스(2000 및 3000)에 연결될 수 있다. 몇몇 경우에서, 도 2-3에 나타낸 마이크로플루이딕 디바이스(2000 및 3000) 중 하나 또는 둘 다는 마이크로플루이딕 디바이스(5000)를 포함하거나 또는 마이크로플루이딕 디바이스(5000)에 연결될 수 있다. 마이크로플루이딕 디바이스(5000)는 복수의 채녈에 연결된 복수의 주입구 포트(5005)를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 각각의 포트(5005)는 별개의 레저버에 연결될 수 있다. 몇몇 경우에서, 하나 이상의 포트(5005)는 동일한 레저버에 연결될 수 있다. 하나 이상의 레저버는 정제된 생성물(예를 들어, 마이크로플루이딕 디바이스(3000) 유래의 배출물), 마이크로플루이딕 디바이스(5000) 내로 도입될 임의의 유용한 유체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 레저버는 스크리닝 어세이를 위해 사용된 시약을 포함할 수 있다. 상기 시약은 정제된 생성물의 파라미터를 분석하기 위해 제공될 수 있다. 몇몇 경우에서, 파라미터는 핵산 분자의 존재, 부재, 또는 양을 포함한다. 그러한 경우에서, 시약, 예를 들어 형광 표지된 뉴클레오타이드 또는 핵산 분자(예를 들어, 프라이머)가 제공될 수 있는데, 이는 예를 들어 서열 상보성에 의해 정제된 생성물의 일부분과 하이브리드화할 수 있다. 정제된 생성물에 대한 표지된 분자의 하이브리드화는 하나 이상의 검출기를 이용하여 검출될 수 있는 신호(예를 들어, 형광)를 생성할 수 있다.
도 6은 처리된 대변 샘플의 파라미터를 분석하기 위한 예시적인 시스템을 모식적으로 나타낸다. 시스템 또는 센서는 도 5의 5000과 실질적으로 유사할 수 있는 마이크로플루이딕 디바이스(6000), 레저버(6020), 검출기(6030), 및 조명원 또는 에너지원(6025)을 포함할 수 있다. 마이크로플루이딕 디바이스(6000)는 복수의 채널을 포함할 수 있다. 마이크로플루이딕 디바이스(6000)는 레저버(6020)에 연결될 수 있는데, 이는 샘플(예를 들어, 정제된 생성물), 및/또는 스크리닝 어세이를 위해 사용된 시약을 포함할 수 있다. 예를 들어, 레저버는 관심 있는 생물학적 샘플의 확인, 위치지정, 정량, 또는 분석을 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 표지된 제제를 포함할 수 있다. 표지된 제제는 핵산 분자(예를 들어, 프라이머 또는 바코드 서열), 압타머, 단백질, 결합 분자(예를 들어, 비오틴, 아비딘, 스트렙타비딘), 항체를 포함할 수 있거나, 또는 유용한 염료 또는 착색제를 포함할 수 있다. 하나 이상의 시약이 스크리닝 어세이에 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 표지된 핵산 프라이머는 관심 있는 하나 이상의 핵산의 확인, 표지, 정량, 또는 분석을 위해 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 항체가 관심 있는 하나 이상의 단백질 또는 펩타이드의 확인, 표지, 정량, 또는 분석을 위해 사용될 수 있다. 항체는 표지된 1차 항체 또는 생물학적 입자에 결합할 수 있는 1차 항체에 결합하도록 구성된 표지된 2차 항체일 수 있다.
임의의 유용한 표지제가 사용될 수 있다. 몇몇 경우에서, 표지제는 형광단, 저분자, 방사성동위원소, 효소, 압타머, 비오틴 분자 등을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 표지제는 시약 또는 자극의 인가 시 신호를 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 표지는 기질의 첨가 시 화학발광 신호를 생성하는 효소(예를 들어, 호스래디쉬 퍼옥시다아제)를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 표지제는 관심 있는 분자 또는 생물학적 입자에 대한 표지 또는 표지된 제제의 결합 시 신호를 생성하도록 구성된다.
마이크로플루이딕 디바이스(6000)는 감지 유닛과 통합될 수 있거나 또는 감지 유닛에 접속될 수 있는 조명원 또는 에너지원(6025)과 통합될 수 있다. 검출기(6030)는 하나 이상의 생물학적 입자(예를 들어, 관심 있는 핵산 서열)의 존재 또는 부재를 나타내는 신호를 포함하는 신호를 검출할 수 있다. 검출기는 다수의 신호를 검출할 수 있다. 신호 또는 다수의 신호는 스크리닝 어세이 이전, 도중, 또는 이후에 실시간으로 검출될 수 있다. 몇몇 경우에서, 검출기는 신호를 검출할 수 있는 광 및/또는 전자 구성요소를 포함할 수 있다. 검출 방법의 비제한적인 예는 광 검출, 분광 검출, 정전 검출, 전기화학적 검출, 음향 검출, 자기 검출 등을 포함한다. 광 검출 방법은 광 흡수, 자외선-가시광선(UV-vis) 흡수, 적외선 흡수, 광 산란, 레일리 산란, 라만 산란, 표면 증강 라만 산란, 미에 산란, 형광, 발광, 및 인광을 포함하나, 이들로 제한되는 것은 아니다. 분광 검출 방법은 질량 분광분석법, 핵 자기 공명(NMR) 분광법, 및 적외선 분광법을 포함하나, 이들로 제한되는 것은 아니다. 정전 검출법은 예를 들어, 겔 전기연동, 등전점 집속, 등속영동법과 같은 겔 기반 기법을 포함하나, 이들로 제한되는 것은 아니다. 전기화학 검출 방법은 고성능 액체 크로마토그래피 이후 생물학적 입자의 전기화학적 검출을 포함하나, 이로 제한되는 것은 아니다. 검출기는 현미경분석 구성요소, 예를 들어 카메라, 광전증폭관, 핀홀, 렌즈, 색 선별 거울 등을 포함할 수 있다. 따라서, 조명원 또는 에너지원은 방출광, 전자기 조사, 음향 에너지(예를 들어, 조사된 압력파), 및/또는 입자를 포함한다.
다른 관점에서, 본 출원에 개체의 대변 샘플을 처리하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 상기 방법은 (a) (i) 변기에 연결된 대변 수집기 및 (ii) 대변 수집기에 연결된 수집 유닛을 제공하는 단계; (b) 개체의 대변 샘플을 수집하기 위해 대변 수집기를 이용하는 단계, 및 (c) 수집 유닛 내에서, 대변 샘플 또는 이의 유도체로부터 생체분자를 추출 또는 단리하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 관점에서, 본 출원에서 대변 샘플을 처리하기 위한 시스템 및 방법이 개시되는데, 상기 방법은 (a) 제1 위치에서 대변 샘플을 수용하는 단계로서, 이때 대변 샘플은 제1 위치와는 상이한 제2 위치에서 수집되고, 제2 위치는 제1 위치의 1 마일 이내인 단계를 포함한다.
본 출원에 기재된 바와 같이, 대변 수집기는 대변 샘플을 수집하기 위한 임의의 유용한 기하를 포함할 수 있고, 대변 수집기는 다수의 부품, 예를 들어 변기 또는 수집 유닛에 연결될 수 있다. 수집 유닛은 감지 유닛을 포함할 수 있고, 이는 센서 및 전자장치 유닛을 포함할 수 있다. 센서의 전자장치 유닛 또는 감지 유닛은 하나 이상의 전자장치를 포함할 수 있다. 전자장치 유닛은 마이크로컨트롤러, 검출 시스템, 센서, 통신 인터페이스, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 전자장치 유닛은 복수의 센서와 통합될 수 있거나 또는 하나 이상의 센서에 연결될 수 있다. 전자장치는 정보 처리, 신호 처리를 위해 사용될 수 있고, 진공 튜브, 트랜지스터, 다이오드, 집적 회로, 전기적 구성요소, 광전자장치, 와이어, 모터, 제너레이터, 배터리, 스위치, 릴레이, 트랜스포머, 레지스터, 리시버를 포함하나 이들로 제한되는 것은 아닌 임의의 적합한 부품을 포함할 수 있다. 전자장치는 아날로그 회로, 디지털 회로 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 전자장치 유닛은 다른 분석 유닛, 예를 들어 서열결정 유닛, 질량 분광분석기, FTIR 등과 통합되도록 구성되는 유닛을 포함할 수 있다. 전자장치 유닛은 센서 또는 이의 일부분 상에서 하나 이상의 처리 조작(예를 들어, 세포 용해)에 사용될 수 있는 전극을 포함하거나 또는 전극에 연결되도록 구성되는 전극, 전기 주입구, 또는 전기적 유닛을 포함할 수 있다.
대변 수집기는 변기에 제거 가능하게 연결될 수 있거나, 변기에 제거 가능하지 않게 연결될 수 있거나, 또는 변기의 부품일 수 있다. 유사하게, 대변 수집기는 수집 유닛에 제거 가능하게 연결될 수 있거나, 수집 유닛에 제거 가능하지 않게 연결될 수 있거나, 또는 수집 유닛의 부품일 수 있다. 예를 들어, 대변 수집기는 변기에 연결되는 제1 하우징을 포함할 수 있고, 수집 유닛은 제2 하우징을 포함할 수 있는데, 이때 제2 하우징은 대변 수집기의 제1 하우징에 연결되거나 또는 연결되도록 구성된다. 특정 예에서, 대변 수집기는 변기 및/또는 수집 유닛으로부터 분리 가능하거나 제거 가능할 수 있다. 예를 들어, 대변 수집기는 하나 이상의 고정 메커니즘(예를 들어, 간섭 핏, 압력 핏, 수축 핏, 위치 핏 등)에 의해 변기에 연결될 수 있다. 다른 고정 메커니즘, 예를 들어 폼 피팅 쌍, 후크와 루프, 래치, 스레드, 스크류, 스테이플, 클립, 클램프, 프롱, 고리, 브래드, 고무 밴드, 리벳, 그로멧, 핀, 타이, 스냅, 벨크로, 진공, 실(seal), 또는 이들의 조합도 사용할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 대변 수집기는 하나 이상의 고정 메커니즘에 의해 수집 유닛에 연결될 수 있다.
몇몇 경우에서, 수집 유닛은 외부 부품에 의해 대변 수집기 및/또는 변기에 연결될 수 있다. 예를 들어, 대변 수집기는 변기에 연결되는 제1 하우징을 포함할 수 있고, 수집 유닛은 제2 하우징을 포함할 수 있는데, 제2 하우징은 외부 부품에 의해 제1 하우징에 연결되거나 또는 연결되도록 구성된다. 수집 유닛은 유체 유동 경로에 의해 대변 수집기에 연결될 수 있다(예를 들어, 도 9 참조). 부품 또는 유체 유동 경로는 임의의 유용한 커넥터, 예를 들어 튜빙, 용기(예를 들어, 튜브, 컨테이너, 바이알, 플라스크), 밸브, 클램프, 클립, 깔때기 등을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 대변 샘플 또는 이의 유도체(예를 들어, 균질화된 샘플)는 튜빙 및 하나 이상의 펌프에 의해 수집 유닛에 연결될 수 있다. 예를 들어, 대변 샘플 또는 이의 유도체(예를 들어, 균질화된 대변 샘플)의 수집 이후, 대변 샘플 또는 이의 유도체는 튜빙 및 펌프에 의해 대변 수집기에 연결될 수 있는 수집 유닛에 전달될 수 있다. 그러한 경우에서, 대변 샘플 또는 이의 유도체는 튜빙을 통해 수집 유닛에 펌핑될 수 있다. 대변 샘플은 하나 이상의 힘, 예를 들어 양압, 음압(예를 들어, 흡인), 원심력, 모세관힘, 중력, 마찰력, 전기력, 자기력에 의해 수집 유닛에 전달될 수 있다. 몇몇 경우에서, 대변 샘플 또는 이의 유도체는 중계 용기없이 수집 유닛에 전달될 수 있다. 그러한 경우에서, 대변 샘플 또는 이의 유도체는 하나 이상의 힘, 예를 들어 양압, 음압(예를 들어, 흡인), 원심력, 모세관힘, 중력, 마찰력, 전기력, 자기력에 의해 수집 유닛에 전달될 수 있다.
몇몇 경우에서, 수집 유닛은 대변 수집기와는 별개이거나 또는 대변 수집기에 제거 가능하게 연결된다. 예를 들어, 수집 유닛은 제거 가능한 튜빙 또는 파이프, 제거 가능하게 연결된 하우징 등에 의해 대변에 접속될 수 있고, 수집 이후, 대변 샘플은 저장되거나 또는 그렇지 않으면 (예를 들어, 유체 유동 경로에 의해) 수집 유닛에 전달되고, 수집 위치 또는 다른 곳(예를 들어, 병원 또는 실험실에서) 추가 처리가 수행될 수 있다. 다른 예에서, 수집 유닛은 대변 수집기와는 별개로 단독으로 제공될 수 있다. 그러한 경우에서, (별도로 제공될 수 있는) 대변 샘플은 저장되거나 또는 수집 유닛에 전달될 수 있고, 추가 처리를 위해 사용될 수 있다.
수집 유닛은 샘플 처리를 위한 하나 이상의 조작을 수행하도록 구성될 수 있다. 처리는 샘플 균질화, 여과, 샘플 내의 세포의 용해, 샘플로부터 생체의 단리 또는 추출 또는 그러한 과정들의 조합을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 대변 샘플이 저장 또는 수집 유닛에 전달된 이후, 대변 샘플은 균질화될 수 있다. 따라서, 수집 유닛은 균질화 챔버 또는 임의의 필요한 장치, 시약 등(예를 들어, 유체 주입구, 밸브, 블레이드, 비드 등)을 포함할 수 있거나 또는 본 출원에 기재된 바와 같이, 샘플을 균질화하기 위해 거기에 접근할 수 있다. 몇몇 경우에서, 샘플은 (예를 들어, 대변 수집기에 의해) 예비균질화될 수 있고, 균질화된 샘플은 추가 처리를 위해 저장될 수 있거나 또는 수집 유닛에 전달될 수 있다.
수집은 대변 샘플 또는 이의 유도체의 여과를 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 대변 샘플 또는 균질화된 대변 샘플은 중력 여과, 원심 여과, 필터 스택킹, 침강, 수동 여과, 또는 메쉬, 막 또는 다른 여과 기구를 이용하는 여과를 이용하여 샘플을 여과하기에 충분한 조건을 겪을 수 있다. 필터는 막, 비드, 다이어프램, 콜로이드, 위어, 필터, 기둥 필터, 교차 흐름 필터, 용매 필터, 체, 또는 임의의 다른 필터를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 시스템(예를 들어, 대변 수집기, 수집 유닛, 또는 시스템의 다른 부품)은 대변 샘플 또는 이의 유도체를 여과하기 위해 사용될 수 있는 기하 피쳐를 포함할 수 있다. 기하 피쳐는 여과를 위한 임의의 유용한 기하 또는 크기일 수 있다. 기하 피쳐는 하나 이상의 기하, 예를 들어 기둥, 피라미드, 페그, 실린더, 구, 박스를 포함할 수 있다. 기하 피쳐는 하나 이상의 크기를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 기하 피쳐는 사이즈 필터의 구배를 생성하기 위해 하나 이상의 치수(예를 들어, 길이, 폭, 높이, 또는 이들의 조합) 전체의 크기를 감소시킬 수 있는 미세기둥을 포함한다. 몇몇 경우에서, 기하 피쳐는 사이즈 필터의 불연속 대역을 생성하기 위해 하나 이상의 치수 전체의 크기를 감소시키는 미세기둥을 포함한다. 필터는 특정 한계를 초과하는 데브리스 또는 입자를 여과 제거하기 위해 사용될 수 있다.
수집 유닛은 대변 샘플의 추가 처리를 수행하기 위한 하나 이상의 유닛을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수집 유닛은 샘플 내의 세포의 용해를 수행하기 위한 하나 이상의 장치, 시약 등을 포함할 수 있고, 거기에 접근할 수 있다. 그러한 경우에서, 수집 유닛은 본 출원의 다른 곳에 기재된 바와 같이, 기계적, 전기적, 화학적, 생물학적, 또는 다른 접근법을 이용하여 달성될 수 있는 세포 용해를 위해 사용된 임의의 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기계적인 용해의 경우, 수집 유닛은 대변 샘플 또는 이의 유도체(예를 들어, 균질화된 대변 샘플)가 저장되는 용해 유닛(예를 들어, 챔버 또는 용기)을 포함할 수 있다. 용해 유닛은 블레이드, 임펠러, 로드, 막자사발과 막자, 비드, 또는 대변 샘플 내의 하나 이상의 세포를 기계적으로 용해시키기 위한 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 용해 유닛은 회전하는 임펠러를 포함할 수 있는데, 이는 하나의 이상의 세포를 기계적으로 전단 또는 용해시킬 수 있다. 용해 유닛은 하나 이상의 세포를 용해시키기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 비드를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 용해 유닛은 기계적 용해를 위한 유닛의 조합을 포함하고, 예를 들어 용해 유닛은 임펠러와 복수의 비드를 포함할 수 있는데, 이는 샘플을 기계적으로 파쇄하고 대변 샘플 내의 하나 이상의 세포를 용해시키기 위해 사용된다. 다른 예에서, 용해 유닛은 가열 부재, 전극 또는 다른 전기적 구성요소(전기분해를 위함), 초음파 제공기, 레이저 등을 포함할 수 있다. 다른 비제한적인 예에서, 용해는 화학적 또는 생물학적 접근법을 이용하여, 예를 들어 세정제, 효소, 카오트로프, 또는 본 출원의 다른 곳에 기재된 바와 같이 하나 이상의 세포를 용해시키기 위한 다른 화학물질을 이용하여 수행될 수 있다. 용해 접근법들의 조합(예를 들어, 화학적 접근법과 기계적 접근법, 생물학적 접근법과 화학적 접근법, 화학적 접근법과 기계적 접근법의 조합 등)이 사용될 수 있다.
수집 유닛은 대변 샘플로부터 생체분자의 추출, 단리, 또는 정제를 수행하도록 구성될 수 있다. 추출, 단리, 또는 정제는 다양한 방법, 예를 들어 친화성 기반 어세이 또는 분리 방법(예를 들어, 세포분석법, 크로마토그래피, 여과 등)을 이용하여 수행될 수 있다. 몇몇 경우에서, 비드는 생체분자를 정제, 단리, 또는 추출하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 비드는 생체 분자(예를 들어, 핵산 분자, 단백질 등)를 포획하기 위해 사용될 수 있는 결합 분자, 예를 들어 압타머, 비오틴, 아비딘, 스트렙타비딘, 항체 또는 이의 단편, 핵산 분자 등을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 비드는 대변 샘플 또는 이의 유도체(예를 들어, 균질화된 대변 샘플, 균질화된 및 용해된 대변 샘플 등)로부터 하나 이상의 핵산 분자(예를 들어, DNA 또는 RNA)를 포획하도록 구성된 핵산 분자를 포함할 수 있다. 그러한 경우에서, 비드는 대변 샘플 또는 이의 유도체와 혼합될 수 있고, 후속적으로 대변 샘플 혼합물로부터 단리 또는 농축될 수 있다. 예를 들어, 비드는 자기 비드일 수 있고, 자기력 또는 자기장의 인가는 대변 샘플 혼합물로부터 (부착된 생체분자를 보유하는) 비드를 분리하기 위해 사용될 수 있다.
몇몇 경우에서, 생체분자의 단리 또는 추출은 다수의 조작을 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 단리 또는 추출 도중에, 다수의 세척 단계가 수행될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 단리 또는 추출은 본 출원에 기재된 바와 같이 복수의 버퍼, 예를 들어 바인딩 버퍼, 세척 버퍼 및 용출 버퍼의 이용을 포함할 수 있다. 그러한 경우에서, 수집 유닛은 생체분자의 단리 또는 추출을 촉진하기 위해 별도의 유체 레저버 또는 주입구 및 배출구를 포함할 수 있다.
특정 예에서, 단리된 생체분자는 대변 샘플(또는 이의 유도체)로부터 디스펜싱될 수 있거나 또는 그렇지 않으면 분리될 수 있다. 예를 들어, 수집 유닛은 단리된 생체분자(예를 들어, 비드에 부착된 DNA)를 샘플 컨테이너 내로 전달하도록 구성되는 유체 핸들링 시스템을 포함할 수 있다. 유체 핸들링 시스템은 이동 가능한 스테이지(예를 들어, 모터 구동 스테이지, 자동화 스테이지 등)를 포함할 수 있다. 상기 스테이지는 임의의 방향(예를 들어, X-Y-Z 축)으로 이동하도록 구성될 수 있다. 자기 비드가 사용되는 경우에서, 자석은 단리된 생체분자를 분리하거나 또는 그렇지 않으면 샘플 컨테이너 내로 전달하기 위해 사용될 수 있다. 샘플 컨테이너는 임의의 유용한 기하를 취할 수 있고, 튜브, 바이알, 웰, 플레이트, 플라스크 등을 포함할 수 있다. 샘플 컨테이너는 컨테이너의 어레이, 예를 들어 다중 웰 유닛, 비드 등을 포획하도록 구성된 어레이 또는 생체분자를 분석하기 위한 어레이(예를 들어, 마이크로어레이)를 함유할 수 있다. 몇몇 경우에서, 수집 유닛은 다중 웰 유닛을 포함하고, 각각의 웰은 임의 시점에서 취한 샘플을 유지하도록 구성되고, 따라서 다중 웰 유닛은 종적 샘플 수집을 수행하기 위해 수정될 수 있는데, 이때 다수의 샘플은 시간 기간에 걸쳐 수집되고, 각 시점에서 단일 웰 또는 복수의 미리규정된 웰 내로 분배된다.
특정 예에서, 샘플 컨테이너(예를 들어, 다중 웰 플레이트)는 생체분자 프로브(예를 들어, 항체, 압타머, 핵산 프로브 등)을 포함할 수 있다. 샘플 컨테이너 내의 생체분자의 단리 이후, 프로브는 대변 샘플 내의 생체분자의 존재, 아이덴티티, 양 또는 다른 메트릭을 나타내기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 핵산 또는 단백질 프로브는 샘플 컨테이너(예를 들어, 웰의 표면)에 (공유적으로 또는 비공유적으로) 고정화될 수 있다. 단리된 또는 추출된 생체분자는 핵산 또는 단백질 프로브에 결합 또는 연결되어 검출 가능한 생성물(예를 들어, 침전, 형광 생성물, 화학발광 또는 기타 발광 생성물 등)을 형성할 수 있고, 경우에 따라 다른 시약(예를 들어, 추가의 항체, 형광 또는 비색 프로브 등)의 첨가가 수반된다. 예를 들어, 샘플 컨테이너는 적어도 하나의 생체분자의 검출을 위한 어세이, 예를 들어 형광 인 시츄 하이브리드화(FISH) 또는 효소 결합 면역흡착 어세이(ELISA) 또는 샌드위치 ELISA를 수행하기 위한 시약을 포함할 수 있거나 또는 그러한 시약에 접근할 수 있다. (예를 들어, 상이한 타입의 DNA 및 단백질과 같은 생체분자를 측정 또는 분석하기 위한) 다중 어세이는 샘플 컨테이너에서 수행될 수 있다. 몇몇 경우에서, 추가 처리는 샘플 컨테이너(수집 유닛의 내부 또는 외부)에서 수행될 수 있다. 처리 조작의 비제한적인 예는 예를 들어 가열, 냉각, 전위의 인가, (예를 들어, 여과, 크로마토그래피, 동전기학, 원심분리에 의한) 하나 이상의 분석물의 분리, 분배(예를 들어, 액적 형성), 유세포분석, 시약의 조합, 혼합, 분석 기구(예를 들어, 질량 분광분석기, 서열결정기 등)와의 접속 등을 포함한다. 처리 조작은 임의의 조합 또는 순서로 수행될 수 있다.
수집 유닛은 본 출원에 기재된 조작 또는 과정의 조합을 수행하도록 구성될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 수집 유닛은 대변 샘플을 수용하고, 대변 샘플을 균질화하고, 대변 샘플을 용해하고(또는 대변 샘플 내의 하나 이상의 세포를 용해하고), 대변 샘플로부터 생체분자를 단리 또는 추출하고, 단리된 또는 추출된 생체분자를 (예를 들어, 다중 웰 유닛의 웰 내에) 저장하고/하거나 단리된 또는 추출된 생체분자를 분석하도록 구성된다. 따라서, 몇몇 실시양태에서, 수집 유닛은 대변 샘플을 처리 및/또는 분석하기 위한 독립형 디바이스로서 작용할 수 있다. 예를 들어, 수집 유닛은 개체로부터 대변 샘플을 수용하도록 구성될 수 있고, 대변 샘플의 이러한 수령은 대변 샘플 수집과는 별개로 일어날 수 있다. 그러한 경우에서, 대변 샘플은 제1 위치(예를 들어, 집, 병원, 실험실 등)에서 별도로 수득될 수 있고, 제1 위치와 동일하거나 또는 상이할 수 있는 제2 위치에서 분석 또는 처리될 수 있다. 예를 들어, 제1 위치 및 제2 위치는 인접할 수 있거나 또는 정해지 거리, 예를 들어 1 인치, 1 피트, 1 야드, 1 마일, 1000 마일 등의 이격 거리를 보유할 수 있다. 제1 위치 및 제2 위치는 최대 1000 마일, 최대 1 마일, 최대 1 야드, 최대 1 피트, 최대 1 인치, 또는 그 미만의 이격 거리를 보유할 수 있다. 샘플 또는 단리된 생체분자가 수집 유닛 내에 저장되는 경우에서, 분석, 특성규명, 또는 추가 처리는 제1 또는 제2 위치와 동일하거나 또는 상이할 수 있는 또 다른 (제3) 위치에서 일어날 수 있다.
본 출원에 기재된 감지 유닛과 유사하게 수집 유닛은 본 출원에 기재된 복수의 조작 또는 과정을 수행하기 위한 다수의 구획을 함유하는 단일 하우징을 포함할 수 있거나, 또는 수집 유닛은 각각이 하나 이상의 기능을 수행하도록 구성되고 (예를 들어, 유체공학적으로) 연결 또는 접속되는 다수의 하우징 유닛을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수집 유닛은 단일 하우징을 포함할 수 있거나, 또는 단일 하우징 내에 함유될 수 있는데, 이 하우징은 샘플 수집을 위한 구획, 샘플 균질화를 위한 구획, 샘플 용해를 위한 구획, 생체분자의 단리 또는 추출을 위한 구획, 샘플 또는 단리된 생체분자 저장을 위한 구획, 또는 이들의 조합을 포함한다. 대안적으로, 수집 유닛은 다수의 유닛, 예를 들어 샘플 수집 모듈, 샘플 균질화 모듈, 샘플 용해 모듈, 또는 단리 또는 추출 모듈을 포함할 수 있고, 이는 서로 또는 상이한 모듈에 연결될 수 있다. 하나 이상의 모듈은 별개의 하우징을 함유할 수 있다. 하나 이상의 모듈은 유체공학적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 샘플 균질화 모듈은 (예를 들어, 튜빙, 깔때기 등에 의해) 용해 모듈에 유체공학적으로 연결될 수 있거나, 또는 용해 모듈은 단리 또는 추출 모듈에 연결될 수 있다. 모듈은 다수의 과정을 수행하기 위해 사용될 수 있고, 예를 들어 수집 유닛은 샘플 균질화를 위한 모듈 및 용해 및 단리 또는 추출을 수행하기 위한 다른 모듈을 함유할 수 있다.
수집 유닛은 하나 이상의 센서 또는 감지 유닛을 포함할 수 있다. 하나 이상의 센서는 하나 이상의 전자장치 유닛을 포함할 수 있다. 하나 이상의 센서는 수집 유닛 내에 통합될 수 있거나, 또는 그들은 수집 유닛에 연결될 수 있다. 센서 및/또는 전자장치 유닛은 하나 이상의 단리된 또는 추출된 생체분자의 검출 및/또는 이미징을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 센서는 전기-광 센서를 포함할 수 있고, 이는 생체분자의 분광 특성(예를 들어, 형광, 발광, 흡광)을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 센서 및/또는 전자장치는 렌즈, 카메라, 레이저, 다이오드(예를 들어, 발광 다이오드), 광도전성 디바이스, 광전지, 광다이오드, 광트랜지스터 등을 포함할 수 있다. 센서 및/또는 전자장치는 특정 생체분자 또는 생체분자의 모음의 존재 또는 양을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 센서 및/또는 전자장치는 마이크로컨트롤러, 인쇄 회로 기판, 또는 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 센서는 본 출원에 기재된 처리 유닛 중 하나(예를 들어, 마이크로플루이딕 디바이스)를 포함할 수 있다. 센서는 본 출원에 기재된 하나 이상의 과정을 자동화하기 위해 사용될 수 있다.
본 출원에 기재된 바와 같이, 센서 또는 센서의 전자장치 유닛은 대변 샘플 또는 단리된 또는 추출된 생체분자의 파라미터에 대응하는 데이터를 전송 및/또는 수용하는 것을 가능하게 하는 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 데이터는 통신 인터페이스와 통신하는 전자 디바이스에 (예를 들어, 전자장치 유닛에 의해) 전송될 수 있다. 통신 인터페이스는 무선 통신 인터페이스, 예를 들어, Wi-Fi 인터페이스, 근거리 무선 통신 인터페이스, 또는 블루투스 인터페이스일 수 있다. 전자 디바이스는 통신 인터페이스와 통신할 수 있는 디바이스일 수 있다. 전자 디바이스는 모바일 디바이스(예를 들어, 스마트폰, 태블릿, 랩탑 등)일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 통신 인터페이스는 유선 통신 인터페이스일 수 있다. 대변 수집기는 통신용 포트 및/또는 파워 서플라이(예를 들어, 유니버셜 시리얼 버스(USB), USB 타입 C, 썬더볼트 등)를 포함할 수 있다.
수집 유닛은 수집 유닛 내의 하나 이상의 구성요소를 세정하도록 구성될 수 있다. 그러한 경우에서, 수집 유닛은 세정 또는 멸균 구성요소를 포함할 수 있다. 하나 이상의 시약은 시스템의 부품(예를 들어, 수집 유닛 또는 그 내의 서브구획)의 멸균을 위해 사용될 수 있다. 그러한 경우에서, 멸균 시약은 임의의 적합한 멸균 시약, 예를 들어 표백제, 염소, 항균제, 알코올, 산, 염기, 미네랄, 비누 등 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 수집 유닛의 멸균으 자동적으로 또는 수동으로 수행될 수 있다.
도 9는 본 출원에 기재된 바와 같은 대변 수집기 및 수집 유닛을 포함하는 시스템을 나타내는 예를 제공한다. 대변 수집기(905)는 변기에 연결될 수 있거나 또는 변기의 부품일 수 있다. 몇몇 경우에서, 대변 수집기(905)는 "개방"과 "폐쇄" 배치 사이에서 조작(toggle)될 수 있는데, 이때 "개방" 배치는 (예를 들어, 변기 통을 향한 집수 유닛의 연장에 의해) 샘플의 포획 또는 수집을 가능하게 한다. 배치는 대변 수집기와 통합될 수 있고 (예를 들어, 광 또는 중량 센서에 의해) 수집을 위해 준비된 개체 또는 샘플의 존재를 검출할 수 있는 센서(도시하지 않음)로부터의 입력에 기초하여 조작될 수 있다. 대변 수집기(905)는 (예를 들어, 유체 유동 경로에 의해) 수집 유닛(910)에 연결될 수 있다. 몇몇 경우에서, 대변 수집기(905)는 개체로부터 대변 샘플을 수집하고 수집된 대변 샘플을 균질화하기 위해 사용될 수 있고, 다른 예에서, 균질화는 수집 유닛(910) 내에서 일어날 수 있다. 수집 유닛(910)은 대변 수집기(905)에 제거 가능하게 연결될 수 있거나, 또는 대변 수집기(905) 및 수집 유닛(910)은 하나의 유닛으로 통합될 수 있다.
도 10은 대변 수집기, 예를 들어 도 9에 나타낸 대변 수집기를 나타내는 예를 제공한다. 대변 수집기(1005)는 개체로부터 대변 샘플을 수집하도록 구성될 수 있다. 본 출원에 기재된 바와 같이, 대변 수집기(1005)는 "개방"(예를 들어, 우측 패널)과 "폐쇄"(예를 들어, 좌측 패널) 배치 사이에서 조작될 수 있는데, 이때 "개방" 배치는 (예를 들어, 변기 통을 향한 집수 유닛의 연장에 의해) 샘플의 포획 또는 수집을 가능하게 한다. 집수 유닛(1015)은 도 10에서 트레이로서 나타내지만, 집수 유닛(1015)은 임의의 유용한 기하, 예를 들어 아암, 로드, 스쿱, 핑거, 네트, 체 등을 취할 수 있다. 특정 예에서, 집수 유닛(1015)은 연장 또는 집어넣음 중에 변형될 수 있는 막을 포함한다.
도 11은 대변 수집기, 예를 들어 도 9에 나타낸 대변 수집기를 나타내는 다른 예를 제공한다. 대변 수집기(1105)는 개체로부터 대변 샘플을 수집하도록 구성될 수 있다. 본 출원에 기재된 바와 같이, 대변 수집기(1105)는 "개방"(예를 들어, 중간 패널)과 "폐쇄"(예를 들어, 좌측 패널) 배치 사이에서 조작될 수 있는데, 이때 "개방" 배치는 (예를 들어, 변기 통을 향한 집수 유닛의 연장에 의해) 샘플의 포획 또는 수집을 가능하게 한다. 집수 유닛(1115)은 대변 샘플의 포획을 촉진하는 컵 또는 립 부위를 포함할 수 있다. 집수 유닛(1115)은 "개방" 배치로의 전이 도중에 연장 메커니즘(예를 들어, 나선형 드라이브 샤프트)에 의해 개체 또는 변기 통을 향해 연장될 수 있다. 대변 수집기(1105)는 추가적으로 챔버(1120)를 포함할 수 있는데, 이는 (예를 들어, 대변 수집기(1105)가 "폐쇄 배치"인 경우) 대변 샘플의 균질화를 위해 사용될 수 있다. 챔버(1120)는 균질화를 위한 부속물 또는 장치, 예를 들어 블레이드, 혼합기, 로드, 유체 주입구 등을 포함할 수 있다. 대변 수집기(1105)는 추가적으로 배출구(1125)를 포함할 수 있는데, 이는 (챔버(1120)를 향해 전달되는 경우) 샘플을 균질화하기 위해, 대변 수집기(1105) 또는 변기 통을 세정 또는 멸균하기 위해, 또는 다른 목적(예를 들어, 희석, 혼합, 또는 분무)을 위해 사용될 수 있는 대변 수집기(1105)의 일부분에 또는 변기 통을 향해 유체(예를 들어, 물, 액체, 또는 용액)를 전달하기 위해 사용될 수 있다.
도 12는 대변 수집기, 예를 들어 도 9에 나타낸 대변 수집기를 나타내는 예의 모식도를 제공한다. 대변 수집기(1205)는 개체로부터 대변 샘플을 수집하도록 구성될 수 있다. 본 출원에 기재된 바와 같이, 대변 수집기(1205)는 "개방"(예를 들어, 중간 패널)과 "폐쇄"(예를 들어, 좌측 패널) 배치 사이에서 조작될 수 있는데, 이때 "개방" 배치는 (예를 들어, 변기 통을 향한 집수 유닛의 연장에 의해) 샘플의 포획 또는 수집을 가능하게 한다. 집수 유닛(1215)은 아크형, 실질적으로 평평한, 또는 임의의 다른 기하일 수 있는 플랫폼을 포함할 수 있다. 집수 유닛은 대변 샘플을 포획 또는 수집하도록 구성된다. 집수 유닛(1215)은 "개방" 배치로의 전이 도중에 연장 메커니즘(예를 들어, 오거(auger)(1230)에 의해 개체 또는 변기 통을 향해 연장될 수 있다(또는 펼쳐질 수 있다). 대변 수집기(1205)는 추가적으로 챔버(1220)를 포함할 수 있는데, 이는 (예를 들어, 대변 수집기(1205)가 "폐쇄 배치"인 경우) 대변 샘플의 균질화를 위해 사용될 수 있다. 챔버(1220)는 균질화를 위한 부속물 또는 장치, 예를 들어 블레이드, 혼합기, 로드, 유체 주입구 등을 포함할 수 있다. 몇몇 예에서, 오거(1230)는 균질화 챔버(1220)에 대변 샘플을 수송하기 위해 사용된다. 대변 수집기(1205)는 추가적으로 배출구(1225)를 포함할 수 있는데, 이는 (챔버(1220)를 향해 전달되는 경우) 샘플을 균질화하기 위해, 대변 수집기(1205) 또는 변기 통을 세정 또는 멸균하기 위해, 또는 다른 목적(예를 들어, 희석, 혼합, 또는 분무)을 위해 사용될 수 있는 대변 수집기(1205)의 일부분에 또는 변기 통을 향해 유체(예를 들어, 물, 액체, 또는 용액)을 전달하기 위해 사용될 수 있다.
도 13은 대변 수집기, 예를 들어 도 9에 나타낸 대변 수집기를 나타내는 다른 예의 모식도를 제공한다. 대변 수집기(1305)는 개체로부터 대변 샘플을 수집하도록 구성될 수 있다. 본 출원에 기재된 바와 같이, 대변 수집기(1305)는 "개방"(예를 들어, 중간 패널)과 "폐쇄"(예를 들어, 좌측 패널) 배치 사이에서 조작될 수 있는데, 이때 "개방" 배치는 (예를 들어, 변기 통을 향한 집수 유닛의 연장에 의해) 샘플의 포획 또는 수집을 가능하게 한다. 집수 유닛(1315)은 실질적으로 평평한 플랫폼을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 평평한 플랫폼은 막 또는 부응하는 기판(예를 들어, 실리콘)을 포함한다. 집수 유닛(1315)은 "개방" 배치로의 전이 도중에 연장 메커니즘에 의해 개체 또는 변기 통을 향해 연장될 수 있다. 대변 수집기(1305)는 추가적으로 챔버(1320)를 포함할 수 있는데, 이는 (예를 들어, 대변 수집기(1305)가 "폐쇄 배치"인 경우) 대변 샘플의 균질화를 위해 사용될 수 있다. 챔버(1320)는 균질화를 위한 부속물 또는 장치, 예를 들어 블레이드, 혼합기, 로드, 유체 주입구 등을 포함할 수 있다. 대변 수집기(1305)는 추가적으로 배출구(1325)를 포함할 수 있는데, 이는 (챔버(1320)를 향해 전달되는 경우) 샘플을 균질화하기 위해, 대변 수집기(1305) 또는 변기 통을 세정 또는 멸균하기 위해, 또는 다른 목적(예를 들어, 희석, 혼합, 또는 분무)을 위해 사용될 수 있는 대변 수집기(1305)의 일부분에 또는 변기 통을 향해 유체(예를 들어, 물, 액체, 또는 용액)을 전달하기 위해 사용될 수 있다.
도 14는 본 출원에 기재된 바와 같은 수집 유닛을 모식적으로 나타낸다. 도 14a는 통합 시스템을 나타낸다. 수집 유닛(1400)은 대변 수집기(나타내지 않음)에 연결될 수 있거나 또는 대변 수집기와는 별개일 수 있다. 수집 유닛은 다수의 서브시스템 또는 모듈을 포함할 수 있고, 몇몇 경우에서, 변경 가능하거나 또는 모듈러일 수 있다. 예를 들어, 수집 유닛(1400)은 대변 샘플 내의 세포의 용해를 수행하도록 구성되는 유닛을 포함할 수 있다. 용해 유닛은 예를 들어, 대변 샘플(또는 이의 유도체)이 투입되는 챔버(1405)를 포함할 수 있다. 챔버(1405)는 또한 하나 이상의 용해 비드(나타내지 않음)를 함유하도록 구성될 수 있는데, 이는 대변 샘플(또는 이의 유도체) 내의 세포(또는 세포들)를 용해시키기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 경우에서, 챔버(1405)는 비드를 회전 및 분산시키고, 뿐만 아니 세포(또는 세포들)의 기계적인 용해에 조력하기 위해 사용되는 임펠러를 포함한다. 챔버(1405)는 또한 다양한 고정 메커니즘, 챔버, 필터, 모터, 개스킷, 밸브, 스페이서, 또는 부품 서로의 고정을 촉진하고 세포 용해를 촉진하는 다른 부품을 포함할 수 있다.
수집 유닛(1400)은 대변 샘플(또는 이의 유도체)로부터 생체분자의 추출, 단리, 또는 정제를 수행하기 위한 하나 이상의 유닛을 포함할 수 있다. 특별한 하나의 예에서, 핵산 분자(예를 들어, DNA 또는 RNA)는 포획된 핵산 분자를 보유하는 비드, 예를 들어 포획된 서열(나타내지 않음)을 보유하는 실리카 자기 비드를 이용하여 단리 또는 추출될 수 있다. 대변 샘플 또는 이의 유도체(예를 들어, 용해된 대변 샘플)는 처리 챔버(1410)에 전달될 수 있고, 이는 실리카 자기 비드를 포함할 수 있거나 또는 함유하도록 구성될 수 있다. 처리 챔버(1410)는 하나 이상의 유체 레저버(1415)에 연결될 수 있는데, 이는 반응을 수행하기 위해 사용될 수 있고, 예를 들어 바인딩 버퍼, 세척 버퍼, 용출 버퍼 등을 포함할 수 있다. 비드는 대변 샘플 또는 이의 유도체로부터 핵산 분자를 단리하기 위해 사용될 수 있다.
몇몇 경우에서, 수집 유닛(1400)은 디스펜싱 및 저장 유닛을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스펜싱 유닛(1420)은 유체 또는 샘플을 제어된 방식으로 원하는 위치에 전달하기 위해 사용될 수 있는 유체 핸들링 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스펜싱 유닛(1420)은 샘플 또는 이의 유도체(예를 들어, 비드에 부착될 수 있는 단리된 생체분자)를 샘플 컨테이너(1425)에 전달하기 위해 사용될 수 있다. 샘플 컨테이너(1425)는 컨테이너의 어레이, 예를 들어 다중 웰 유닛, 복수의 바이알, 튜브, 또는 다른 컨테이너를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 단리된 생체분자(몇몇 경우에서, 비드에 부착됨)에 힘을 인가하여 단리된 생체분자를 샘플 컨테이너 또는 이의 일부분에 전달할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 단리(또는 추가적인 단리 또는 추출 과정)는 샘플 컨테이너(1425)에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 중력, 수력, 원심력, 관성력, 또는 양압 또는 음압이 인가되어 비드를 다중 웰 유닛의 하나 이상의 웰에 전달할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 단리된 생체분자는 (예를 들어, 처리 챔버(1410) 내의) 비드로부터 용출 또는 제거될 수 있고, 용출되고 단리된 생체분자는 샘플 컨테이너(1425) 내로 전달될 수 있다. 자기 비드가 생체분자를 단리하기 위해 사용되는 경우에서, 자석(나타내지 않음)은 샘플 컨테이너(예를 들어, 다중 웰 유닛)에 연결될 수 있거나 또는 인접하게 위치될 수 있다. 수집 유닛은 또한 샘플 컨테이너 또는 이의 일부분(예를 들어, 다중 웰 유닛의 개별적인 웰) 내의 단리된 생체분자를 밀봉하기 위해 컨테이너 실러(예를 들어, 플라스틱 실러 필름, 개스킷, 뚜껑 등)을 포함할 수 있다.
수집 유닛(1400)은 센서 및/또는 하나 이상의 전자장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 수집 유닛은 인쇄 회로 기판(PCB)(1430) 또는 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다. PCB는 슬레이브 PCB와 통신하는 매스터 PCB를 포함할 수 있다. 몇몇 예에서, 매스터 PCB는 대변 수집기(나타내지 않음)의 슬레이브 PCB와 통신할 수 있다. PCB는 예를 들어 (예를 들어, 샘플 또는 이의 유도체의 유체 핸들링, 자동 세정 등을 위한) 작용을 실시하기 위해 하나 이상의 구성요소에 명령을 릴레이하기 위해 하나 이상의 입력을 수용하고 하나 이상의 신호를 출력하기 위해 사용될 수 있다.
수집 유닛(1400)은 수집 유닛의 하나 이상의 구성요소를 자동적으로 세정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 수집 유닛은 물, 용액, 버퍼, 또는 멸균제 또는 세정제(예를 들어, 알코올, 표백제, 산, 염기 등)를 함유하는 레저버(1435)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 레저버(1435)는 임의의 수의 유용한 용액을 수용하기 위해 사용될 수 있고, 예를 들어 하나의 레저버는 여과수를 함유할 수 있고, 다른 레저버는 표백제를 함유할 수 있다. 몇몇 경우에서, 또 다른 레저버 또는 컨테이너는 (예를 들어, 희석된 표백 용액을 생성하기 위해) 시약을 혼합하기 위해 사용될 수 있는데, 이는 수집 유닛의 하나 이상의 유체 유동 경로의 멸균 또는 세정을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 유체 핸들링 시스템(1420)은 샘플 컨테이너(1425) 내에 각각 위치시킨 후 멸균될 수 있다. 유사하게, 처리 챔버(1410), 또는 거기에/그로부터의 임의의 유체 접속부는 멸균될 수 있다. 유체 유동 경로 또는 접속부의 멸균은 (예를 들어, 다수의 개체가 동일한 수집 유닛을 사용하거나 또는 샘플 수집의 시점이 달라지는 경우) 교차 오염의 방지에 유용할 수 있다.
몇몇 경우에서, 도 14에 나타내지 않았지만, 수집 유닛은 균질화 챔버(나타내지 않음)를 포함할 수 있고, 이때 대변 샘플은 저장될 수 있다. 균질화 챔버는 하나 이상의 유체 주입구 및/또는 배출구 및 본 출원에 기재된 바와 같이 대변 샘플을 균질화하기 위해 사용된 장치에 연결될 수 있다. 예를 들어, 수집 유닛은 블레이드, 물 가압기, 비드, 모르타르, 및 샘플의 균질화를 위한 다른 기계 품목(예를 들어, 밸브, 펌프 등)을 포함할 수 있다.
수집 유닛은 구성요소 및 유닛의 임의의 조합을 포함할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 수집 유닛은 균질화 챔버 및 샘플 처리 유닛을 포함할 수 있거나, 또는 수집 유닛은 대변 샘플(또는 이의 유도체)을 샘플 컨테이너 내에 저장하기 위한 유체 핸들링 시스템 및 샘플 처리 유닛을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 수집 유닛은 샘플 처리 유닛 (예를 들어, 세포 용해를 수행하기 위한 유닛), 대변 샘플 또는 이의 유도체로부터 하나 이상의 바이오마커를 단리하기 위한 유닛, 저장 또는 샘플 컨테이너 유닛, 및 수집 유닛의 하나 이상의 구성 요소를 세정하기 위한 세정 또는 멸균 유닛을 포함한다. 이들 과정의 임의의 하나 또는 조합은 자동화될 수 있고 사용자의 개입 없이 수행될 수 있다. 몇몇 경우에서, 특정 과정은 자동적으로 수행되고, 다른 과정은 수동으로 수행된다. 몇몇 경우에서, 특정 과정은 수동으로 수행되고, 다른 과정은 자동적으로 수행된다. 몇몇 경우에서, 하나 이상의 조작(예를 들어, 샘플 처리, 용해, 생체분자의 단리 또는 추출, 저장, 분석, 구성요소의 세정 등)은 사용자의 개입 없이 1회 이상 반복될 수 있다. 예를 들어, 다수의 대변 샘플은 순차적으로 수집 및 처리될 수 있고, 이에 따라 사용자 또는 사람이 관여할 필요는 없다. 몇몇 경우에서, 본 출원에 기재된 임의의 과정은 사용자와의 상호작용 없이 적어도 1 사이클, 적어도 5 사이클, 적어도 10 사이클, 적어도 20 사이클, 적어도 30 사이클, 적어도 40 사이클, 적어도 50 사이클, 적어도 60 사이클, 적어도 70 사이클, 적어도 80 사이클, 적어도 90 사이클, 적어도 100 사이클, 적어도 200 사이클, 적어도 300 사이클, 적어도 400 사이클, 적어도 500 사이클, 적어도 600 사이클, 적어도 700 사이클, 적어도 800 사이클, 적어도 900 사이클, 적어도 1000 사이클, 또는 그 초과의 사이클 동안 반복될 수 있다. 그러한 경우에서, 수집 유닛은 지정된 수의 사이클을 위해 다시 채울 필요가 없는 샘플 처리용 시약을 포함하는 레저버를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 시약은 대체 가능한 카트리지로 제공될 수 있다. 그러한 경우에서, 감지 유닛 또는 수집 유닛의 센서는 대체 가능한 카트리지 내의 시약의 부피를 검출하는 센서를 포함할 수 있고, (예를 들어, 통신 인터페이스 또는 다른 경고 시스템(예를 들어, 오디오 또는 시각적 출력)에 의해) 대체 가능한 카트리지가 고갈되었거나 대체가 필요한 경우 개체 또는 다른 사용자에게 경고할 수 있는 센서를 포함할 수 있다.
본 출원에 기재된 바와 같이, 수집 유닛은 하나 이상의 하우징을 포함할 수 있다. 도 14a 및 도 14b는 수집 유닛의 예시적인 하우징 유닛을 모식적으로 나타낸다. 하우징은 개별적인 구획(예를 들어, 용해 유닛, 저장 유닛, 시약, 레저버, 시약 카트리지 등)에 접근 가능하게 하는 하나 이상의 도어(예를 들어, 1445 및 1450)를 포함할 수 있다. 하우징은 추가적으로 하나 이상의 커버(예를 들어, 1455 및 1465)를 포함할 수 있다. 메인 섀시(1460)는 수집 유닛의 하나 이상의 구성요소를 구조적으로 지지할 수 있다. 메인 섀시(1460)는 도 14c에 나타낸 바와 같이 제거 가능한 커버(1465)에 연결될 수 있고, 이는 하우징 내의 구획에 대한 추가적인 접근을 가능하게 한다.
도 15는 변기, 및 수집 유닛에 연결될 수 있거나 또는 연결되도록 구성될 수 있는 변기 수집기를 포함하는 예시적인 시스템 구조의 다이어그램을 제공한다. 도 15a는 대변 수집기 및 수집 유닛의 예시적인 시스템 구조를 나타낸다. 도 15b는 도 15a에 나타낸 대변 수집기의 예시적인 구조의 확대도를 나타낸다. 도 15c는 도 15a에 나타낸 수집 유닛의 예시적인 구조를 나타낸다.
도 15a-b와 관련하여, 대변 수집기(1500)는 (예를 들어, 유체공학적으로, 전기적으로) 수집 유닛(1550)에 연결될 수 있다. 대변 수집기(1500)는 개체로부터 대변 샘플을 수집하기 위한 수집 메커니즘(1505)(예를 들어, 본 출원에 기재된 바와 같은 집수 유닛)을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 대변 수집기(1500)는 사용자의 또는 사용자로부터의(예를 들어, 대변 수집기에 대해 대략 개체 근처의 센서, 활성화를 위한 수동 입력 등으로부터의) 입력을 수용하도록 구성되는 사용자 인터페이스(1510)를 포함한다. 사용자 인터페이스(1510)는 PCB(1515)에 연결될 수 있다. 대변 수집기(1500)는 또한 예를 들어 대변 샘플, 물 또는 다른 시약, 방취제 등을 제공하기 위해 복수의 주입구 및 배출구를 포함할 수 있다. 몇몇 예에서, 대변 수집기(1500)는 혼합기 또는 교반기 또는 샘플의 균질화를 위한 다른 메커니즘(예를 들어, 비드)을 포함한다. 이어서, 균질화된 대변 샘플은 수집 유닛(1550)에 전달될 수 있다.
도 15c와 관련하여, 수집 유닛(1550)은 대변 샘플(또는 이의 유도체)을 처리하고/하거나 하나 이상의 생체분자를 단리하기 위한 하나 이상의 유닛을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수집 유닛(1550)은 용해 유닛(1555), (하나 이상의 생체분자의 단리 또는 추출을 위한) 단리 유닛(1560), 저장 유닛(1570), 및 세정 또는 멸균 유닛(1575)을 포함할 수 있다. 또한, 수집 유닛(1550)은 하나 이상의 PCB(1580)를 포함할 수 있다. 용해 유닛(1555)은 대변 샘플 또는 이의 유도체(예를 들어, 균질화된 대변 샘플)가 첨가될 수 있는 챔버를 포함할 수 있다. 상기 챔버는 또한 (예를 들어, 대변 샘플 또는 이의 유도체 내의 세포의) 용해를 위한 메커니즘, 예를 들어 임펠러 및 비드를 포함할 수 있고, 이는 세라믹, 금속, 유리, 플라스틱, 또는 다른 재료 및 용해를 촉진시키기 위한 임의의 유체 접속부로 제작될 수 있다. 폐기물은 생성될 수 있고 폐기물 챔버로 전달될 수 있다.
예를 들어, 대변 샘플은 대변 샘플 또는 이의 유도체 내의 하나 이상의 세포를 용해시키기에 충분한 조건을 겪을 수 있다. 도 16은 대변 수집기 또는 수집 유닛 내에 포함될 수 있는 용해 시스템의 2가지 예를 모식적으로 나타낸다. 도 16a는 용해 챔버 및 회전 가능한 임펠러를 포함하는 용해 시스템을 나타낸다. 임펠러는 대변 샘플(예를 들어, 균질화된 대변 샘플)을 회전, 혼합, 또는 그렇지 않으면 이동시키기 위해 사용될 수 있다. 경우에 따라, 비드는 샘플을 추가로 처리하고, 샘플 내에 함유된 세포를 용해시키기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 경우에서, 다른 용해 접근법은 도 16a에 나타낸 시스템과 함께 또는 대안적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 화학적 시약, 예를 들어 세정제 또는 계면활성제는 세포 용해의 달성에 조력하기 위해 사용될 수 있다.
도 16b는 또한 용해 챔버 및 회전 가능한 임펠러를 포함하는 다른 예시적인 용해 시스템을 모식적으로 나타낸다. 상기 용해 시스템은 고정 부품(예를 들어, 스크류, 개스킷, O-링), 밸브, 필터, 스페이서 등을 포함하나 이들로 제한되는 것은 아닌 복수의 부품을 포함할 수 있다. 임펠러는 용해 챔버 내에서 수동으로 회전될 수 있거나 또는 임의의 적합한 각속도에서 모터(예를 들어, 24 V DC 모터)를 이용하여 회전될 수 있다. 예를 들어, 모터는 대략 100, 1000, 10000, 100000 또는 그 초과의 1분당 회전수(RPM)로 임펠러를 회전시키도록 구성될 수 있다. 챔버는 시약(예를 들어, 버퍼, 용해 시약, 물, 용액 등)의 도입을 위한 복수의 포트를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 비드는 대변 샘플 또는 이의 유도체 내의 하나 이상의 세포의 용해를 촉진시키기 위해 사용될 수 있다. 그러한 경우에서, 비드는 경우에 따라 비드를 이동시키기 위한 회전 가능한 임펠러를 보유하는 용해 챔버 내로 도입될 수 있다.
예를 들어, 도 17은 용해 유닛(예를 들어, 도 16에 나타낸 바와 같음) 내로 비드의 디스펜싱을 위한 예시적인 메커니즘을 나타낸다. 도 17a는 비드 디스펜싱 유닛의 사시도를 나타내고, 도 17b-c는 비드 디스펜싱 유닛의 단면도를 나타낸다. 비드 디스펜싱 유닛은 하나 이상의 재료, 예를 들어 세라믹(예를 들어, 실리콘, 지르코늄), 금속, 유리, 플라스틱 등을 제작된 하나 이상의 비드 및 플런저(1710)를 포함하는 챔버(1700)를 포함할 수 있다. 도 17b는 "개방" 배치의 비드 디스펜싱 유닛을 나타낸다. 그러한 배치에서, 플런저(1710)는 피팅 또는 삽입물(1715)에 대해 제1 위치(실질적으로 플러싱되는 위치)에 위치될 수 있다. 피팅 또는 삽입물(1715)은 플런저(1710)가 플러싱되는("개방 상태") 경우 비드가 진입할 수 있는 하나 이상의 공동(1705)을 포함할 수 있다. 도 17c는 "폐쇄 배치"의 비드 디스펜싱 유닛을 나타낸다. 그러한 배치에서, 플런저(1710)는 피팅 또는 삽입물(1715)에 대해 제2 위치에 위치될 수 있다. 그러한 제2 위치에서, 플런지(1710)는 비드가 하나 이상의 공동(1705)으로 진입하는 것을 실질적으로 방해할 수 있다. 이어서, 비드는 다른 피팅(1725)에 진입할 수 있는데, 이는 (예를 들어, 도 16에 나타낸 바와 같이) 용해 챔버에 연결될 수 있다.
몇몇 경우에서, 본 출원에 기재된 바와 같이, 대변 샘플 또는 이의 유도체 내의 세포의 용해는 화학물질(예를 들어, 세정제, 카오트로프) 또는 생물학적 제제(예를 들어, 효소)의 첨가에 의해 화학적으로 또는 생물학적으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 이온성 세정제(예를 들어, 나트륨 또는 사르코실 도데실 설페이트), 및/또는 비이온성 세정제(예를 들어, 트리톤-X 100, 트윈-20, CHAPS)는 세포를 용해시키기 위해 사용될 수 있다. 환원제 또는 다른 변성제, 예를 들어 2-머캅토에탄올, 디티오트레이톨, TCEP, TCEP-HC1, 또는 이의 변이체도 또한 용해에 사용될 수 있다. 유사하게, 비드를 위한 임의의 버퍼(예를 들어, 바인딩 버퍼)의 구성성분, 예를 들어 구아니딘 티오시아네이트, EDTA, 트리스, 알코올, 나트륨 아세테이트, 또는 산 또는 염기(버퍼 pH 조정용)가 사용될 수 있다.
용해 이후 및 도 15a-c를 다시 참조하면, 용해된 대변 샘플은 단리 유닛(1560)에 전달될 수 있다. 단리 유닛(1560)은 용해된 대변 샘플로부터 생체분자를 단리 또는 추출하기 위한 하나 이상의 챔버를 포함할 수 있다. 예를 들어, 생체분자는 하나 이상의 비드(예를 들어, 핵산 분자, 항체, 또는 생체 분자를 포획할 수 있는 다른 결합 모이어티를 보유하는 비드)를 이용하여 추출될 수 있다. 그러한 예에서, 단리 서브시스템은 하나 이상의 레저버를 포함할 수 있는데, 이는 예를 들어 비드에 대한 생체분자의 결합, 비드의 세척, 비드로부터 생체분자의 용출 등을 위해 하나 이상의 반응을 수행하기 위한 버퍼를 함유할 수 있다. 따라서, 하나 이상의 레저버는 바인딩 버퍼, 세척 버퍼, 또는 용출 버퍼를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 생체분자는 저장 유닛(1570) 내에서 추출 또는 단리될 수 있다. 그러한 경우에서, 저장 유닛은 바인딩 버퍼, 세척 버퍼, 및/또는 용출 버퍼를 함유하는 레저버에 대한 유체공학적 접근을 보유할 수 있다.
처리된 대변 샘플, 단리된 또는 추출된 생체분자를 포함하는 비드, 또는 (예를 들어, 비드로부터 용출된) 단리된 또는 추출된 생체분자 단독은 저장 유닛(1570)에 전달될 수 있다. 저장 유닛은 하나 이상의 샘플 컨테이너, 예를 들어 다중 웰 유닛(예를 들어, 6웰, 12웰, 24웰, 36웰, 48웰, 96웰, 384웰 플레이트 등), 또는 복수의 카트리지를 포함할 수 있다. 비드가 자성인 경우에서, 자석은 플레이트의 표면 또는 영역에 적용될 수 있는데, 이는 비드를 샘플 컨테이너(예를 들어 다중 웰 유닛의 웰)에 전달하는 것을 도울 수 있다. 다른 예에서, 다른 힘(예를 들어, 중력, 동수력, 원심력 등)은 비드 또는 추출된 생체분자를 샘플 컨테이너에 전달하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 경우에 따라 이동 가능한(예들 들어, 모터 구동) 스테이지를 보유하는 유체 핸들링 유닛은 하나 이상의 샘플 컨테이너 내로 비드 또는 단리된 생체분자를 디스펜싱하기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 경우에서, 생체분자의 단리는 저장 유닛(1570)에서 수행된다.
도 18은 예시적인 저장 유닛을 나타낸다. 저장 유닛(1800)은 핸들링 유닛(1805)을 포함할 수 있고, 이는 이동 가능한 스테이지(예를 들어, X, Y, 및 Z 방향으로)를 포함할 수 있다. 상기 스테이지는 모터를 사용할 수 있고, 단리 또는 추출 유닛과 유체 연통할 수 있다. (예를 들어, 비드 기반 접근법을 이용하는) 생체분자의 단리 또는 추출 후, 단리된 또는 추출된 생체분자는 핸들링 유닛(1805)으로 전달될 수 있고, 이는 샘플 컨테이너(1810) 내에 샘플(또는 단리된 또는 추출된 생체분자)을 저장 또는 디스펜싱하기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 경우에서, 핸들링 유닛(1805)은 유체 핸들링 시스템을 포함하고, 이는 샘플 컨테이너(1810) 내에 샘플(또는 단리된 또는 추출된 생체분자)을 유체공학적으로 디스펜싱할 수 있다. 다른 예에서, 힘(예를 들어, 중력, 자기력, 광전자력, 원심력 등)은 샘플 컨테이너(1810)에 샘플을 디스펜싱하기 위해 사용 또는 적용될 수 있다. 예를 들어, 단리된 또는 추출된 생체분자는 자기 비드에 부착될 수 있거나 또는 연결될 수 있고, 자석은 샘플 컨테이너(1810)에 인접하여 위치될 수 있고, 이는 샘플 컨테이너(1810) 내에 비드를 전달할 수 있다. 샘플 컨테이너(1810)는 다수의 파티션(예를 들어, 웰, 플라스크, 바이알, 튜브 등)을 포함할 수 있다. 그러한 경우에서, 샘플(또는 단리된 또는 추출된 생체분자)은 개별적인 파티션에 위치될 수 있다. 개별적인 파티션은 예를 들어 개체 또는 사용자에 의해 개별적으로 위치 지정될 수 있다. 예를 들어, 개별적인 파티션은 (예를 들어, 대변 수집기 또는 수집 유닛과 통신하는 전자 디바이스를 이용하여) 프로그래밍될 수 있고, 수집된 각각의 샘플은 미리결정된 파티션에 분배된다.
몇몇 경우에서, 하나 이상의 구성요소 또는 전체적인 수집 유닛은 상온(실온)에서 저장된다. 그러한 경우에서, 하나 이상의 추출된 생체분자뿐만 아니라 수집 유닛(예를 들어, 레저버 내에) 내에 저장된 임의의 다른 시약은 연장된 기간(예를 들어, 수일, 수주, 수개월, 또는 수년) 동안 상온에서 저장될 수 있다. 몇몇 경우에서, 단리된 또는 추출된 생체분자의 추가 처리가 수행될 수 있다. 예를 들어, 단리된 또는 추출된 생체분자는 건조될 수 있거나 또는 건조될 수 있거나, 또는 보존제, 예를 들어 본 출원에 기재된 것들과 함께 저장될 수 있다.
예를 들어, 샘플 처리 및/또는 분석 이전, 도중, 또는 이후에 추출된 또는 단리된 생체분자를 저장하는 것이 유용할 수 있다. 몇몇 경우에서, 추출된 또는 단리된 생체분자는 추가 분석을 위해 저장될 수 있다. 몇몇 경우에서, 추출된 또는 단리된 생체분자의 저장은 추출된 또는 단리된 생체분자의 분석 이후에 일어날 수 있고, 추출된 또는 단리된 생체분자는 후속적으로 재분석될 수 있다. 추출된 또는 단리된 생체분자는 예를 들어 용액 또는 버퍼 등의 중에서 가열 또는 냉각, 재현탁에 의해 저장 후에 활성화 또는 재구성되도록 구성될 수 있다. 추출된 또는 단리된 생체분자의 저장은 건조, 냉각, 동결, 발효, 경화, 동결건조, 가열, 살균, 또는 추출된 또는 단리된 생체분자(예를 들어, 저장 유닛 내에서)에 대한 보존제 또는 살균 시약의 첨가를 포함할 수 있다. 보존 또는 멸균 시약의 비제한적인 예는 포름알데히드, 파라포름알데히드, tert-부틸하이드로퀴논, 항균제, 예를 들어 소르브산, 나트륨 소르베이트, 벤조산, 나트륨 벤조에이트, 하이드록시벤조에이트, 이산화황, 설파이트, 니트라이트, 니트레이트, 락트산, 프로피온산, 이소티아졸리논, 페놀 유도체, 아스코르브산, 부틸화 하이드록시톨루엔, 갈산, 토코페롤 등을 포함한다. 몇몇 경우에서, 추출된 또는 단리된 생체분자, 또는 결합된 생체분자를 함유하는 비드는 개별적으로 위치 지정(addressable)될 수 있고/있거나 수집 유닛으로부터 제거될 수 있는 하나 이상의 개별적인 카트리지 내에 저장될 수 있다.
몇몇 경우에서, 샘플 컨테이너(예를 들어, 웰, 바이알, 카트리지, 다중 유닛 어레이 등)는 수집 유닛으로부터 수집될 수 있다(즉, 제거 가능할 수 있다). 그러한 경우에서, 샘플 컨테이너의 내부에서 또는 샘플 컨테이너의 외부에서 샘플(또는 추출된 생체분자)의 추가 처리가 수행될 수 있다. 예를 들어, 추가 처리는 샘플의 특성규명, 분석, 또는 확인을 포함할 수 있고, 본 출원에 기재된 바와 같이, 과정, 예를 들어 이미징 또는 현미경분석, 생화학적 어세이(예를 들어, 이뮤노어세이, 핵산 어세이(예를 들어, 형광 인 시츄 하이브리드화), 서열결정, PCR, 또는 다른 핵산 분석기법을 포함할 수 있다. 분석 또는 특성규명은 본 출원의 다른 곳에 기재된 바와 같이, 단백질 또는 펩타이드 분석, 예를 들어 질량 분광분석법, 핵 자기 공명, 라만 분광법을 포함할 수 있다. 기법들의 조합이 사용될 수 있다. 예를 들어, 샘플 또는 단리된 생체분자는 이미지화되고, 생화학적 분석(예를 들어, 서열결정, PCR, 면역어세이 등)될 수 있다.
수집 유닛은 세정 또는 멸균 유닛(예를 들어, 도 15c의 1575)을 포함할 수 있다. 멸균 유닛은 하나 이상의 컨테이너 및/또는 레저버(예를 들어, 세정제 또는 멸균제, 예를 들어 과산화수소, 표백제, 알코올(예를 들어, 에탄올, 이소프로판올을 함유함) 등을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 세정 또는 멸균 유닛은 시약을 희석 또는 혼합하기 위한(예를 들어, 희석된 표백제 용액을 제조하기 위한) 챔버를 포함한다. 멸균제는 수집 유닛 내의 어디에서도 사용될 수 있고, 샘플 사이의 교차 오염 방지에 유용할 수 있다. 예를 들어, 멸균제는 용해 유닛, 단리 또는 추출 유닛, 또는 저장 유닛에서 사용될 수 있다. 멸균제는 수집 유닛 전체 또는 이의 일부분(예를 들어, 유닛을 연결하는 특별한 유체 라인)을 통해 플러싱될 수 있다.
몇몇 경우에서, 용해 및/또는 추출 또는 단리를 위한 비드는 재사용할 수 있다. 비드는 수집 유닛 내에서 자동적으로 대체될 수 있고(예를 들어, 플런저 메커니즘을 가진 비드 챔버를 이용함), 비드는 멸균 및 재사용될 수 있다. 예를 들어, 용해 또는 추출(또는 단리) 후 비드는 수집 유닛, 또는 대변 수집기의 일부분의 상이한 구획(예를 들어, 균질화 챔버)으로 복귀될 수 있다. 이어서, 비드는 멸균될 수 있고(예를 들어, 열, UV, 멸균제, 예를 들어 물 및 표백제를 이용함), 재사용될 수 있다.
수집 유닛(예를 들어, 1550) 및 그 안의 구성요소는 본 출원에 기재된 방법에 유용한 임의의 부품을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수집 유닛은 스플리터, 어댑터, 압력 조절기(예를 들어, 포커서 또는 리듀서), 매니폴드, 디스펜싱 유닛 또는 디스펜싱 니들, 유동 제한기, 솔레노이드, 밸브(예를 들어, 수동 밸브, 2-웨이 밸브, 3-웨이 밸브 등), 필터(예를 들어, 에어 또는 액체 필터), 모터, 펌프, 스페이서, 개스킷, 저장 용기 또는 컨테이너, 계량 오브젝트, 믹서 또는 교반기, 센서, 자석, 유체 라인, 전기 라인 등 중 하나 이상 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 하나 이상의 유닛은 마이크로플루이딕 포맷으로 제공될 수 있다. 하나 이상의 유닛은 유체공학적으로 및/또는 전기적으로 연결될 수 있다. 몇몇 경우에서, 수집 유닛은 수집 유닛 또는 대변 수집기의 구성요소에 대해 지시 또는 명령을 수행하거나 또는 릴레이하기 위해 또는 과정을 자동화하기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 전자장치(예를 들어, PCB)를 포함한다.
대변 처리 및 분석을 위한 시스템
또한, 본 출원에서 개체의 대변 샘플을 처리 또는 분석하기 위한 시스템이 개시된다. 상기 시스템은 변기에 연결되도록 구성된 대변 수집기 및 전자장치 유닛을 포함하는 센서를 포함하는 감지 유닛을 포함할 수 있는데, 이때 감지 유닛은 대변 수집기에 연결되거나 또는 연결되도록 구성된다. 몇몇 경우에서, 대변 수집기는 개체의 대변 샘플을 수집하도록 구성된다. 몇몇 경우에서, 감지 유닛은 개체로부터 수집된 대변 샘플 또는 이의 유도체를 수용하도록 구성된다. 전자장치 유닛은 대변 샘플 또는 이의 유도체를 처리하도록 구성될 수 있고, 센서는 대변 샘플 또는 이의 유도체, 또는 대변 샘플 내의 화학물질 또는 생물학적 물질을 분석하도록 구성될 수 있다.
다른 관점에서, 본 출원에서 대변 샘플을 처리하기 위한 시스템이 개시되는데, 상기 시스템은 변기에 연결되도록 구성된 대변 수집기 및 대변 수집기에 연결되거나 또는 연결되도록 구성된 수집 유닛을 포함한다. 대변 수집기는 개체의 대변 샘플을 수집하도록 구성될 수 있고, 수집 유닛은 대변 샘플 또는 이의 유도체로부터 생체분자를 추출 또는 분리하도록 구성될 수 있다.
본 출원에 기재된 바와 같이, 대변 수집기는 유체 유동 경로를 통해 감지 유닛에 연결될 수 있거나 또는 연결되도록 구성될 수 있다. 대변 수집기는 다수의 부품, 예를 들어 변기 또는 수집 유닛에 연결될 수 있다. 대변 수집기는 변기에 제거 가능하게 연결될 수 있거나, 변기에 제거 가능하지 않게 연결될 수 있거나, 또는 변기의 부품일 수 있다. 대변 수집기는 수집 유닛에 제거 가능하게 연결될 수 있거나, 수집 유닛에 제거 가능하지 않게 연결될 수 있거나, 또는 수집 유닛의 부품일 수 있다. 예를 들어, 대변 수집기는 하나 이상의 고정 메커니즘(예를 들어, 간섭 핏, 압력 핏, 수축 핏, 위치 핏 등)에 의해 변기에 연결될 수 있다. 다른 고정 메커니즘, 예를 들어 폼 피팅 쌍, 후크와 루프, 래치, 쓰레드, 스크류, 스테이플, 클립, 클램프, 프롱, 고리, 브래드, 고무 밴드, 리벳, 그로멧, 핀, 타이, 스냅, 벨크로, 진공, 실, 또는 이들의 조합도 사용할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 대변 수집기는 하나 이상의 고정 메커니즘에 의해 수집 유닛에 연결될 수 있다.
몇몇 경우에서, 수집 유닛 및/또는 감지 유닛은 외부 부품에 의해 대변 수집기 및/또는 변기에 연결될 수 있다. 수집 유닛은 하나 이상의 센서 또는 감지 유닛을 포함할 수 있다. 수집 유닛은 유체 유동 경로에 의해 대변 수집기에 연결될 수 있다(도 9 참조). 부품 또는 유체 유동 경로는 임의의 유용한 커넥터, 예를 들어 튜빙, 용기(예를 들어, 튜브, 컨테이너, 바이알, 플라스크), 밸브, 클램프, 클립, 깔때기 등을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 대변 샘플 또는 이의 유도체 (예를 들어, 균질화된 샘플)는 튜빙 및 하나 이상의 펌프에 의해 수집 유닛에 전달될 수 있다. 예를 들어, 대변 샘플 또는 이의 유도체(예를 들어, 균질화된 대변 샘플)의 수집 후, 대변 샘플 또는 이의 유도체는 튜빙 및 펌프에 의해 대변 수집기에 연결될 수 있는 수집 유닛에 전달될 수 있다. 그러한 경우에서, 대변 샘플 또는 이의 유도체는 튜빙을 통해 수집 유닛에 펌핑될 수 있다. 대변 샘플은 하나 이상의 힘, 예를 들어 양압, 음압(예를 들어, 흡인), 원심력, 모세관힘, 중력, 마찰력, 전기력, 자기력에 의해 수집 유닛에 전달될 수 있다. 몇몇 경우에서, 대변 샘플 또는 이의 유도체는 중계 용기없이 수집 유닛에 전달될 수 있다. 그러한 경우에서, 대변 샘플 또는 이의 유도체는 하나 이상의 힘, 예를 들어 양압, 음압(예를 들어, 흡인), 원심력, 모세관힘, 중력, 마찰력, 전기력, 자기력에 의해 수집 유닛에 전달될 수 있다.
몇몇 경우에서, 수집 유닛은 대변 수집기와는 별개이거나 또는 대변 수집기에 제거 가능하게 연결된다. 예를 들어, 수집 유닛은 제거 가능한 튜빙 또는 파이프에 의해 대변에 연결될 수 있고, 수집 후 대변 샘플은 보관되거나 또는 그렇지 않으면 (예를 들어, 유체 유동 경로에 의해) 수집 유닛에 전달되고, 수집 장소 또는 다른 장소(예를 들어, 병원 또는 실험실)에서 처리가 수행될 수 있다. 다른 경우에서, 수집 유닛은 대변 수집기와는 별도로 단독으로 제공될 수 있다. 그러한 경우에서, (별도로 제공될 수 있는) 대변 샘플은 보관되거나 또는 수집 유닛에 전달되고, 이는 추가 처리를 위해 사용될 수 있다.
본 출원에 기재된 바와 같이, 센서 또는 센서의 전자장치 유닛 또는 감지 유닛은 대변 샘플 또는 단리된 또는 추출된 생체분자의 파라미터에 대응하는 데이터의 전송 및/또는 수용을 가능하게 하는 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 데이터는 통신 인터페이스와 통신하는 전자 디바이스에 (예를 들어, 전자장치 유닛에 의해) 전송될 수 있다. 통신 인터페이스는 무선 통신 인터페이스, 예를 들어, Wi-Fi 인터페이스, 근거리 무선 통신 인터페이스, 또는 블루투스 인터페이스일 수 있다. 전자 디바이스는 통신 인터페이스와 통신할 수 있는 디바이스일 수 있다. 전자 디바이스는 모바일 디바이스(예를 들어, 스마트폰, 태블릿, 랩탑 등)일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 통신 인터페이스는 유선 통신 인터페이스일 수 있다. 센서는 통신용 포트 및/또는 파워 서플라이(예를 들어, 유니버셜 시리얼 버스(USB), USB 타입 C, 썬더볼트, 에테넷 등)을 포함할 수 있다.
센서의 전자장치 유닛은 하나 이상의 전자장치를 포함할 수 있다. 전자장치 유닛은 마이크로컨트롤러, 검출 시스템, 센서, 통신 인터페이스, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 전자장치 유닛은 복수의 센서와 통합될 수 있거나, 또는 하나 이상의 센서에 연결될 수 있다. 전자장치는 정보 처리, 신호 처리를 위해 사용될 수 있고, 진공 튜브, 트랜지스터, 다이오드, 집적 회로, 전기적 구성요소, 광전자장치, 와이어, 모터, 제너레이터, 배터리, 스위치, 릴레이, 트랜스포머, 레지스터, 트랜스미터, 리시버를 포함하나 이들로 제한되는 것은 아닌 임의의 적합한 부품을 포함할 수 있다. 전자장치는 아날로그 회로, 디지털 회로, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 전자장치 유닛은 다른 분석 유닛, 예를 들어 서열결정 유닛, 질량 분광분석기, FTIR 등과 통합되도록 구성되는 유닛을 포함할 수 있다. 전자장치 유닛은 전극, 전기 주입구, 또는 전극을 포함하거나 또는 전극과 연결되도록 구성되는 전기적 유닛을 포함할 수 있는데, 이는 센서 또는 이의 일부분에서 하나 이상의 처리 조작(예를 들어, 세포 용해)에 사용될 수 있다. 전자장치 유닛은 하나 이상의 컨트롤러를 포함할 수 있는데, 이는 본 출원에 기재된 과정(예를 들어, 대변 샘플 처리, 용해, 생체분자의 단리 또는 추출, 저장, 분석 등) 중 하나 이상을 자동화하도록 구성될 수 있다. 전자장치 유닛의 예시적인 컨트롤러 시스템은 하기 실시예 6에 기재되어 있다.
또한, 상기 시스템은 본 출원에 기재된 바와 같이 하나 이상의 비드를 포함할 수 있다. 비드는 고체 또는 반고체 입자이다. 비드는 하나 이상의 폴리머를 포함하는 중합체 비드일 수 있다. 겔 비드는 폴리머 매트릭스(예를 들어, 중합 또는 가교에 의해 형성된 매트릭스) 또는 폴리머의 IPN을 포함할 수 있다. 비드의 하나 이상의 폴리머는 예를 들어 랜덤 폴리머 내에 무작위로 배열될 수 있고/있거나, 규칙적인 구조, 예를 들어 블록 코폴리머에서와 같은 구조를 보유할 수 있다. 비드는 거대분자를 포함할 수 있거나, 또는 분자(예를 들어, 거대분자), 예를 들어 모노머 또는 폴리머의 공유 또는 비공유 어셈블리에 의해 형성될 수 있다. 그러한 폴리머 또는 모노머는 예를 들어 핵산 분자(예를 들어, DNA 또는 RNA)일 수 있거나, 포함할 수 있다. 비드는 폴리머 재료로 형성될 수 있다. 비드는 자기 또는 비자기일 수 있다. 비드는 강성일 수 있다. 비드는 가요성 및/또는 압축 가능할 수 있다. 비드는 하나 이상의 폴리머를 포함하는 코팅으로 피복된 고체 입자(예를 들어, 철 옥사이드, 금 또는 은을 포함하는 금속계 입자이나, 이들로 제한되는 것은 아님)일 수 있다. 비드는 실리카 입자일 수 있다. 비드는 하나 이상의 재료, 예를 들어, 금속 및 실리카(예를 들어, 유리), 세라믹 등을 포함할 수 있다. 비드는 맞춤형이거나, 또는 시판되는 것일 수 있다. 몇몇 경우에서, 비드는 10 나노미터 내지 10 마이크로미터 사이의 직경을 보유할 수 있다. 비드 크기의 범위는 각각의 실시양태에서 활용될 수 있다. 대안적으로, 비드는 10 나노미터 미만 또는 10 마이크로미터 초과의 직경을 보유할 수 있다. 비드는 생체분자(예를 들어, 핵산, 단백질, 지질, 탄수화물) 또는 비생물학적 입자(예를 들어, 금속, 저분자, 이온 등)를 포획하도록 구성될 수 있다.
컴퓨터 시스템
본 개시내용은 본 개시내용의 방법을 실시하기 위해 프로그램된 컴퓨터 시스템을 제공한다. 도 22는 대변 샘플 수집의 파라미터를 분석하기 위해 프로그래밍되거나, 그렇지 않으면 분석하도록 구성된 컴퓨터 시스템(2201)을 제공한다. 컴퓨터 시스템(2201)은 예를 들어 대변 샘플 수집의 완료를 모니터링하기 위해, 하나 이상의 센서로부터의 입력을 수용 및/또는 저장하기 위해 본 개시내용의 샘플 수집의 다양한 관점을 조절할 수 있다. 컴퓨터 시스템(2201)은 사용자의 전자 디바이스 또는 전자 디바이스에 대해 원격에 위치된 컴퓨터 시스템일 수 있다. 전자 디바이스는 모바일 전자 디바이스일 수 있다.
컴퓨터 시스템(2201)은 중앙 처리 장치(CPU, 본 출원에서 "프로세서" 및 "컴퓨터 프로세서"로도 언급된)(2205)를 포함하는데, 이는 단일 코어 또는 멀티 코어 프로세서, 또는 병렬 처리를 위한 복수의 프로세서일 수 있다. 컴퓨터 시스템(2201)은 또한 메모리 또는 메모리 장소(2210)(예를 들어, 랜덤 액세스 메모리, 리드 온리 메모리, 플래쉬 메모리), 전자 저장 유닛(2215)(예를 들어, 하드 디스크), 하나 이상의 다른 시스템과 통신하기 위한 통신 인터페이스(2220)(예를 들어, 네트워크 어댑터), 및 주변 디바이스(2225), 예를 들어 캐쉬, 다른 메모리, 데이터 저장 및/또는 전자 디스플레이 어댑터를 포함한다. 메모리(2210), 저장 유닛(2215), 인터페이스(2220) 및 주변 디바이스(2225)는 통신 버스(실선), 예를 들어 마더보드를 통해 CPU(2205)와 통신한다. 저장 유닛(2215)은 데이터를 저장하기 위한 데이터 저장 유닛(또는 데이터 저장소)일 수 있다. 컴퓨터 시스템(2201)은 통신 인터페이스(2220)의 도움으로 컴퓨터 네트워크("네트워크")(2230)에 작동적으로 연결될 수 있다. 네트워크(2230)는 인터넷, 인터넷 및/또는 엑스트라넷, 또는 인터넷과 통신하는 인트라넷 및/또는 엑스트라넷일 수 있다. 몇몇 경우에서, 네트워크(2230)는 전자통신 및/또는 데이터 네트워크이다. 네트워크(2230)는 분산 컴퓨팅, 예를 들어 클라우드 컴퓨팅을 가능하게 할 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 서버를 포함할 수 있다. 몇몇 경우에서, 네트워크(2230)는 컴퓨터 시스템(2201)의 도움으로 클라이언트 또는 서버로서 거동하는 컴퓨터 시스템(2201)에 컴퓨터를 연결할 수 있는 피어 투 피어 네트워크를 실행할 수 있다.
CPU(2205)는 프로그램 또는 소프트웨어 내에 내장될 수 있는 기계 판독 가능한 일련의 명령을 실행할 수 있다, 상기 명령은 메모리 장소, 예를 들어 메모리(2210) 내에 저장될 수 있다. 상기 명령은 CPU(2205)에 전달될 수 있고, 이는 후속적으로 본 개시내용의 방법을 실행하기 위해 CPU(2205)를 프로그래밍하거나, 또는 그렇지 않으면 실행하도록 구성된다. CPU(2205)에 의해 수행된 작동의 예는 가져오기, 해독, 실행, 및 다시 쓰기를 포함할 수 있다.
CPU(2205)는 회로, 예를 들어 집적 회로의 부품일 수 있다. 시스템(2201)의 하나 이상의 다른 구성요소는 회로 내에 포함될 수 있다. 몇몇 경우에서, 회로는 주문형 반도체(application specific integrated circuit, ASIC)이다.
저장 유닛(2215)은 파일, 예를 들어 드라이버, 라이브러리 및 저장된 프로그램을 저장할 수 있다. 저장 유닛(2215)은 사용자 데이터, 예를 들어 사용자 선호도 및 사용자 프로그램을 저장할 수 있다. 몇몇 경우에서, 컴퓨터 시스템(2201)은 컴퓨터 시스템(2201)에 대해 외부인, 예를 들어 인트라넷 또는 인터넷을 통해 컴퓨터 시스템(2201)과 통신하는 원격 서버 상에 위치된 하나 이상의 추가적인 데이터 저장 유닛을 포함할 수 있다.
컴퓨터 시스템(2201)은 네트워크(2230)를 통해 하나 이상의 원격 컴퓨터와 통신할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(2201)은 사용자의 원격 컴퓨터 시스템과 통신할 수 있다. 원격 컴퓨터 시스템의 예는 개인용 컴퓨터(예를 들어, 휴대용 PC), 슬레이트 또는 태블릿 PC(예를 들어, Apple® 아이패드, Samsung® 갤럭시 탭), 전화, 스마트폰(예를 들어, Apple® 아이폰, 안드로이드 구동 디바이스, Blackberry® 또는 개인용 디지털 보조장치를 포함한다. 사용자는 네트워크(2230)에 의해 컴퓨터 시스템(2201)에 접속할 수 있다.
본 출원에 기재된 바와 같은 방법은 컴퓨터 시스템(2201)의 전자 저장 장소 상에, 예를 들어 메모리(2210) 또는 전자 저장 유닛(2215) 상에 저장된 기계(에를 들어, 컴퓨터 프로세서) 실행 가능한 코드에 의해 실행될 수 있다. 기계 실행 가능한 또는 기계 판독 가능한 코드는 소프트웨어의 형태로 제공될 수 있다. 사용 중, 상기 코드는 프로세서(2205)에 의해 실행될 수 있다. 몇몇 경우에서, 상기 코드는 저장 유닛(2215)으로부터 회수되어 프로세서(2205)에 의한 빠른 접근을 위해 메모리(2210)에 저장될 수 있다. 몇몇 상황에서, 전자 저장 유닛(2215)은 배제될 수 있고, 기계실행 가능한 명령은 메모리(2210)에 저장된다.
상기 코드는 코드를 실행하기 위해 조정된 프로세서를 보유하는 기계를 이용하는 사용을 위해 미리컴파일되고 구성될 수 있거나, 또는 운용시간 중에 컴파일될 수 있다, 상기 코드는 코드가 미리컴파일된 또는 컴파일된 방식으로 실행될 수 있도록 선택될 수 있는 프로그래밍 언어로 공급될 수 있다.
본 출원에 제공된 시스템 및 방법, 예를 들어 컴퓨터 시스템(2201)의 관점은 프로그래밍으로 구현될 수 있다. 상기 기술의 다양한 관점은 전형적으로 기계(또는 프로세서) 실행 가능한 코드 형태의 "제품" 또는 "제조 물품" 및/또는 기계 판독 가능한 매체의 형태 내에 보유되거나 구현된 관련 데이터가 고려될 수 있다. 기계 실행 가능한 코드는 전자 저장 유닛, 예를 들어 메모리(예를 들어, 리드 온리 메모리, 램덤 액세스 메모리, 플래쉬 메모리) 또는 하드 디스크에 저장될 수 있다. "저장" 타입 매체는 컴퓨터, 프로세서 등의 임의의 또는 모든 타입의 유형 메모리, 또는 이의 관련 모듈, 예를 들어 다양한 반도체 메모리, 테이프 드라이브, 디스크 드라이브 등을 포함할 수 있는데, 이는 소프트웨어 프로그래밍을 위한 임의의 시간에서 비일시적인 저장을 제공할 수 있다. 소프트웨어의 모두 또는 일부는 때때로 인터넷 또는 다양한 다른 전자통신 네트워크를 통해 통신할 수 있다. 그러한 통신은 예를 들어 한 컴퓨터 또는 프로세서로부터 다른 컴퓨터 또는 프로세서로, 예를 들어 관리 서버 또는 호스트 컴퓨터로부터 응용 서버의 컴퓨터 플랫폼으로 소프트웨어의 로딩을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 소프트웨어 요소를 보유할 수 있는 다른 타입의 매체는 유선 및 광 랜드라인 네트워크를 통해 및 다양한 에어링크를 거쳐 로컬 디바이스 사이의 물리적인 인터페이스를 가로질러 사용되는 광파, 전기파 및 전자기파를 포함한다. 그러한 파, 예를 들어 무선 링크, 광 링크 등을 운반하는 물리적인 요소는 또한 소프트웨어를 보유하는 매체로서 고려될 수 있다. 본 출원에서 사용된 바와 같이, 비일시적인 유형의 "저장" 매체에 제한되는 것이 아니라면, 용어, 예를 들어 컴퓨터 또는 기계 "판독 가능한 매체"는 실행을 위해 프로세서에 명령을 제공하는데 참여하는 임의의 매체를 의미한다.
따라서, 기계 판독 가능한 매체, 예를 들어 컴퓨터 실행 가능한 코드는 다수의 형태를 취할 수 있는데, 그 예로는 유형 저장 매체, 캐리어 웨이브 매체 또는 물리적인 전송 매체를 들 수 있으나, 이들로 제한되는 것은 아니다. 비휘발성 저장 매체는 예를 들어 광 또는 자기 디스크, 예를 들어 임의의 컴퓨터(들) 내의 임의의 저장 디바이스를 포함하고, 예를 들어 도면에 나타낸 데이터베이스 등을 실행하기 위해 사용될 수 있다. 휘발성 저장 매체는 동적 메모리, 예를 들어 그러한 컴퓨터 플랫폼의 메인 메모리를 포함한다. 유형 전송 매체는 동축 케이블; 컴퓨터 시스템 내에 버스를 포함하는 와이어를 포함하는 구리 와어어 및 광섬유를 포함한다. 캐리어 웨이브 전송 매체는 전기 또는 전자기 신호, 음향 또는 광파, 예를 들어 라디오 주파수(RF) 및 적외선(IR) 데이터 통신 중에 생성된 것들의 형태를 취할 수 있다. 따라서, 컴퓨터 판독 가능한 매체의 통상적인 형태는 예를 들어 다음을 포함한다: 플로피 디스크, 플렉서블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 임의의 다른 자기 매체, CD-ROM, DVD 또는 DVD-ROM, 임의의 다른 광 매체, 펀치 카드 페이퍼 테이프, 구멍 패턴을 보유하는 임의의 다른 물리적 저장 매체, RAM, ROM, PROM 및 EPROM, FLASH-EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 캐리어 웨이브 전송 데이터 또는 명령, 그러한 캐리어 웨이브를 전송하는 케이블 또는 링크, 또는 컴퓨터가 프로그래밍 코드 및/또는 데이터를 판독할 수 있는 임의의 다른 매체. 이들 형태의 다수의 컴퓨터 판독 가능한 매체는 하나 이상의 명령의 하나 이상의 시??스를 실행을 위해 프로세서로 전달하는데 관련될 수 있다.
컴퓨터 시스템(2201)은 예를 들어 대변 샘플 수집에 대한 정보를 제공하기 위해 사용자 인터페이스(UI)(2240)를 포함하는 전자 디스플레이(2235)를 포함하거나, 또는 통신할 수 있다. UI의 예는 그래피컬 사용자 인터페이스(GUI) 및 웹 기반 사용자 인터페이스를 포함하나, 이들로 제한되는 것은 아니다.
본 개시내용의 방법 및 시스템은 하나 이상의 알고리즘에 의해 실행될 수 있다. 알고리즘은 중앙 처리 장치(2205)에 의한 실행 시 소프트웨어에 의해 실행될 수 있다. 알고리즘은 예를 들어 대변 수집의 파라미터(예를 들어, 샘플 수집의 시간 과정), 수집의 빈도, 대변 샘플의 분석 등을 결정할 수 있다.
실시예
실시예 1 - 마이크로플루이딕 어세이 개념 입증
마이크로플루이딕 디바이스를 포함할 수 있는 센서는 대변 샘플의 파라미터, 예를 들어 박테리아 균주의 비율을 결정하기 위해 테스트될 수 있다. 모의 대변 샘플은 규정된 농도의 미생물, 예를 들어 슈도모나스, 락토바실러스와 혼합될 수 있다. 이어서, 모의 대변 샘플은 본 출원에 기재된 바와 같이 처리되고 분석될 수 있다. 모의 대변 샘플은 마이크로플루이딕 디바이스를 통해 여과될 수 있고, 여과된 샘플은 용해될 수 있다. 이어서, 용해된 대변 샘플은 예를 들어 자기 비드를 이용하여 정제될 수 있다. 이어서, 정제된 생성물은 마이크로플루이딕 디바이스를 이용하여 단리될 수 있다. 박테리아의 존재는 예를 들어 광학적 방법 또는 생화학적 방법(예를 들어, 서열결정)을 이용하여 검출될 수 있다. 도 7은 대변 내에서 잠재적으로 확인된 종을 대표하는 대조군 게놈 DNA의 측정된 비율의 예시적인 데이터를 나타낸다. A, B, C, 및 D는 상이하지만 공지된 농도의 슈도모나스 또는 락토바실러스 게놈 DNA를 이용하여 스파이킹된(spiked) 샘플의 실험적 모사(replicate)를 나타낸다. 또한, 샘플은 공지되고 일정한 양의 DNA의 대조군 서열을 이용하여 스파이킹되고, 이는 미가공 데이터를 정량하고 정규화하기 위해 사용된다. y축은 본 어세이의 정량화 범위에 대응하는데, 예를 들어 100%는 포화 신호를 초래하는 DNA의 근사 농도에 대응하고, 이때 모든 신호는 동일한 강도를 나타낼 것으로 보인다. 스파이킹된 샘플은 미생물 특이적인 DNA의 양에 대해 스크리닝하기 위해 의도된 하이브리드화 어세이에 의해 처리된다. 이어서, DNA의 농도는 형광 현미경에 의해 이미지화되고, 픽셀 강도 측정, 즉 농도측정법을 이용하여 정량화된다. '실제 농도' 막대는 스파이킹된 조절 서열의 세기에 대한 공지된 DNA의 정규화를 의미하다. '측정된 농도' 그룹은 시리즈 내의 제1 샘플, 즉 샘플 A에 고정된 스파이킹된 대조군 서열의 강도에 대한 샘플 강도의 정규화를 의미한다. 이는 각각의 A 샘플에 대해 동일한 '실제' 및 '측정된' 양을 제공하고, 샘플 B, C 및 D에서 어세이의 변동의 조사를 가능하게 한다.
실시예 2 - 모의 대변 샘플 내의 슈도모나스 및 락토바실러스의 비율
마이크로플루이딕 디바이스를 포함하는 센서는 샘플 내의 미생물의 비율에 대한 정보를 제공할 수 있다. 모의 대변 샘플은 규정된 농도의 미생물, 예를 들어 슈도모나스, 락토바실러스와 혼합될 수 있다. 이어서, 모의 대변 샘플은 본 출원에 기재된 바와 같이 처리되고 분석될 수 있다. 모의 대변 샘플은 마이크로플루이딕 디바이스를 통해 여과될 수 있고, 여과된 샘플은 용해될 수 있다. 이어서, 용해된 대변 샘플은 예를 들어 자기 비드를 이용하여 정제될 수 있다. 이어서, 정제된 생성물은 마이크로플루이딕 디바이스를 이용하여 단리될 수 있다. 박테리아의 존재는 예를 들어 광학적 방법 또는 생화학적 방법(예를 들어, 서열결정)을 이용하여 검출될 수 있다. 도 8은 대변 내에서 잠재적으로 확인된 종을 대표하는 대조군 게놈 DNA의 측정된 비율의 예시적인 데이터를 나타낸다. 샘플 1, 2, 3, 및 4는 상이하지만 공지된 농도의 슈도모나스 또는 락토바실러스 게놈 DNA를 이용하여 스파이킹된 샘플의 실험적 모사를 나타낸다. 또한, 샘플은 공지되고 일정한 양의 DNA의 대조군 서열을 이용하여 스파이킹되고, 이는 미가공 데이터를 정량하고 정규화하기 위해 사용된다. y축은 샘플 내의 DNA의 총 비율, 즉 슈도모나스 및 락토바실러스 DNA 신호의 조합에 대응한다. 스파이킹된 샘플은 미생물 특이적인 DNA의 양에 대해 스크리닝하기 위해 의도된 하이브리드화 어세이에 의해 처리된다. 이어서, DNA의 농도는 형광 현미경에 의해 이미지화되고, 픽셀 강도 측정, 즉 농도측정법을 이용하여 정량화된다. 스파이킹된 대조군에 대한 정규화없이, 단지 상대 비율만이 측정될 수 있다. 상대 비율은 단지 다른 DNA 신호에 비해 미생물 DNA의 양이 어떻게 달라지는지에 대한 정보만을 제공할 수 있다(예를 들어, 도 8 좌측 패널). 그러나, 스파이크-인 대조군 및 강도 정규화를 이용하면, 상기 어세이는 절대 비율의 변화를 검출할 수 있다(예를 들어, 도 8의 우측 패널).
실시예 3 - 샘플 사이의 교차 오염을 방지하기 위한 멸균 프로토콜
본 출원에 기재된 바와 같이, 수집 유닛은 복수의 과정, 예를 들어 대변 샘플 내의 세포의 용해 및 생체분자의 단리 또는 추출을 자동적으로 수행하기 위해 사용될 수 있다. 멸균은 샘플 사이의 교차 오염을 방지하기 위해 수집 유닛(예를 들어, 용해 유닛 또는 단리 또는 추출 유닛) 내에서 수행될 수 있다. 멸균은 수집 유닛의 유체 라인 및/또는 챔버 내에 도입될 수 있는 멸균제(예를 들어, 표백 용액)의 사용을 포함할 수 있다.
멸균 프로토콜의 효과를 테스트하기 위해, 2개 이상의 대변 샘플이 준비될 수 있고, 각각은 스파이크-인된 공지된 농도의 미생물을 보유한다. 모의 대변 샘플은 규정된 농도의 미생물, 예를 들어 슈도모나스(Pseudomonas), 락토바실러스(Lactobacillus), 에스케리치아(Escherichia), 쉬겔라(Shigella), 엔테로콕커스(Enterococcus), 롬보우트시아(Romboutsia), 파에칼리박테리움(Faecalibacterium), 블라우티카(Blautia), 스트렙토콕커스(Streptococcus), 박테로이데스(Bacteroides), 라크노스피라세아(Lachnospiracea) 등과 혼합될 수 있다. 이어서, 모의 대변 샘플은 본 출원에 기재된 바와 같이 처리 및 분석될 수 있다(예를 들어, 도 15a-c에 도시된 시스템 구조 또는 이의 일부분을 이용함). 핵산 분자(예를 들어, DNA)는 실리카 자기 비드를 이용하여 대변 샘플로부터 단리 또는 추출될 수 있다. 비드, 비드에 부착된 핵산 분자는 서열결정(예를 들어, 16(S) 서열결정)될 수 있다. 이어서, 비드 위의 해산 분자는 각각의 샘플 내의 미생물을 결정하기 위해 분석될 수 있다. 각각의 샘플 처리 및 DNA의 단리 또는 추출 이후, 시스템(예를 들어, 수집 유닛) 또는 이의 일부분은 멸균될 수 있다(예를 들어, 표백 용액을 이용함).
도 19는 2개의 모의 대변 샘플 내의 게놈 DNA의 측정된 비율의 예시적인 데이터를 나타낸다. 대변 #1A 및 대변 #1B는 미생물의 혼합물을 포함하는 동일한 샘플의 분액이다. 이중배양 샘플은 단지 두 가지 미생물 균주만을 함유하는 모의 대변 샘플이다. 멸균 프로토콜의 효과를 테스트하기 위해, 대변 #1A는 시스템 내로 도입되고 처리된다(실리카 자기 비드를 이용하는 용해 및 DNA의 단리 또는 추출이 수행됨). 단리된 DNA는 서열결정되고(예를 들어, 16(S) 서열결정을 이용함), 시스템(예를 들어, 수집 유닛)은 멸균된다. 이어서, 이중배양 샘플은 시스템 내로 도입되고, 처리된다. 이중배양 샘플 유래의 단리된 DNA는 서열결정되고, 시스템은 다시 멸균된다. 이러서, 대변 #1B가 시스템으로 도입되고 처리된다. 대변 #1B 샘플로부터 단리된 DNA는 서열결정된다. 통계학적 분석(예를 들어 클래스내 상관관계(intraclass correlation, ICC))은 서열결정 결과의 가변성을 측정하기 위해 사용될 수 있다.
도 19에 나타낸 바와 같이, 이중배양 샘플이 대변 #1A 및 대변 #1B 샘플의 도입 사이에 도입되었음에도 불구하고, 대변 #1A 및 대변 #1B 샘플은 유사한 레벨의 각각의 스파이크-인된 미생물 타입 유래의 DNA 백분율을 함유한다. 유사하게, 이중배양 샘플은 이중배양 샘플을 생성하기 위해 사용되는 두 가지의 미생물의 높은 DNA 백분율을 나타내는데, 이는 대변 #1A로부터의 교차 오염이 거의 없음을 의미한다. 이중배양 샘플의 도입 (및 후속 멸균) 이후에 도입된 대변 #1B는 또한 이중배양 내에 존재하는 균주의 낮은 백분율을 나타낸다. 종합적으로, 이들 결과는 샘플 처리 수행 사이의 멸균이 교차 오염을 최소화하는데 효과적임을 지지한다.
실시예 4 - 공지된 미생물 샘플 유래의 DNA 단리 및 서열결정
실시예 1과 유사하게, 본 출원에 기재된 시스템(예를 들어, 다중 처리 조작을 이용하는 수집 유닛)에서 DNA 단리의 정확도가 측정될 수 있다. 모의 대변 샘플(또는 공지된 미생물 커뮤니티를 포함하는 모의 샘플)은 규정된 농도의 미생물, 예를 들어 슈도모나스, 락토바실러스, 에스케리치아, 쉬겔라, 엔테로콕커스, 롬보우트시아, 파에칼리박테리움, 블라우티아, 스트렙토콕커스, 박테로이데스, 라크노스피라세아 등과 혼합될 수 있다. 이어서, 모의 대변 샘플은 본 출원에 기재된 바와 같이 처리되고 분석될 수 있다(예를 들어, 도 15a-c에 도시된 시스템 구조 또는 이의 일부분을 이용함). 핵산 분자(예를 들어, DNA)는 실리카 자기 비드를 이용하여 대변 샘플로부터 단리 또는 추출될 수 있다. 비드, 또는 비드에 부착된 핵산 분자는 서열결정(예를 들어, 16(S) 서열결정)될 수 있다. 이어서, 비드 상의 핵산 분자는 각각의 샘플 내의 미생물을 결정하기 위해 분석될 수 있다.
도 20은 비드로부터 단리되고 서열결정된 게놈 DNA의 측정된 비율의 예시적인 데이터를 나타낸다. 커뮤니티(1, 2, 및 3)는 미생물(또는 미생물 DNA)의 공지된 농도를 이용하여 스파이킹된 샘플의 실험적 모사를 나타낸다. 각각의 실험적 모사의 경우 각각의 미생물 타입 유래의 DNA의 백분율은 예측된 비율(스파이크-인(spike-in) 농도에 기초함)과 비교된다. y축은 서열결정에 의해 측정된 DNA의 백분율에 대응하고, x축은 상이한 미생물 타입에 대응한다. 도 20에 나타낸 바와 같이, 각각의 테스트된 미생물 타입(락토바실러스, 스타필로콕커스(Staphylococcus), 바실러스(Bacillus), 에스케리치아/시게라, 리스테리아(Listeria), 살로넬라(Salmonella), 엔테로콕커스, 및 슈도모나스) 유래의 DNA의 백분율은 예측된 백분율과 유사하다.
도 21은 두 가지의 금-스탠다드 기법과 비교하여 비드로부터 단리되고 서열결정된 게놈 DNA의 측정된 비율의 예시적인 데이터를 나타낸다. 실험 #1 및 실험 #2는 미생물(또는 미생물 DNA)의 공지된 농도를 이용하여 스파이킹된 샘플의 실험적 모사를 나타낸다. 각각의 실험적 모사의 경우 각각의 미생물 타입 유래의 DNA의 백분율은 실제 비율(스파이크-인 농도에 기초함)과 비교된다. y축은 서열결정에 의해 측정된 DNA의 백분율에 대응하고, x축은 상이한 측정 기법에 대응한다. 도 20에 나타낸 바와 같이, 각각의 테스트된 미생물 타입(락토바실러스 스타필로콕커스, 바실러스, 에스케리치아/시게라, 리스테리아, 살로넬라, 엔테로콕커스, 및 슈도모나스) 유래의 DNA의 백분율은 실제 백분율과 유사하고, 다른 금 표준물 기법 유래의 결과와 일치한다. 종합적으로, 이들 결과는 본 출원에 기재된 용해, 단리, 및 분석 절차를 이용하는 게놈 DNA의 단리가 모의 대변 샘플 내의 미생물 커뮤니티의 정확한 결과를 생성한다는 것을 나타낸다.
실시예 5 - DNA 단리 프로토콜
본 출원에 기재된 바와 같이, 생체분자, 예를 들어 하나 이상의 DNA 분자는 대변 샘플 또는 이의 유도체(예를 들어, 용해된 대변 샘플)로부터 단리될 수 있다. DNA 단리 프로토콜의 예는 이하 제공되는데, 이는 예를 들어 수집 유닛을 이용하여 자동적으로 수행될 수 있거나, 또는 사용자에 의해 수행될 수 있다.
재료. 예시적인 재료는 후술하는 것들을 포함하나, 이들로 제한되는 것은 아니다: 여과된 바인딩 버퍼: 1-파트 4 M 구아니딘 티오시아네이트, 40 mM 트리스, 17.6 mM EDTA, pH 8.0, 1-파트 100% IPA; 여과된 세척 버퍼: 10 mM TAE(10 mM 트리스 아세테이트, 1 mM EDTA) 버퍼, pH 4.5; 여과된 용출 버퍼: 10 mM TE(10 mM 트리스, 1 mM EDTA) 버퍼, pH 8; SeraSil-Mag 400 실리카 자기 비드(Cytiva, Cat# 29357371); 뚜껑이 있는 둥근 바닥 96웰 플레이트(Greiner Bio-One, Cat# 650180); 96 딥 웰 플레이트(Thermo Scientific, Cat # : 2602051); 둥근 바닥 96웰 플레이트용 자기 플레이트(EpiGenteck, EpiMag); 0.22 μm PES 멤브레인 필터 유닛(Millipore, Cat# SLGPR33RS).
예시적인 절차: 자기 비드 제조. 1. 시작하기 전에, 모든 단리 단계를 위한 여과된 버퍼 스탁을 충분히 준비하고 실험 시트에 하기 용액의 로트 넘버를 기록한다. i. SeraSil-Mag 400 실리카 자기 비드 스탁 ii. 바인딩 버퍼, 세척 버퍼, 용출(TE) 버퍼. 2. 적절한 크기의 바이알 내에 사용될 자기 비드 스탁의 전체 부피를 첨가하고 자석 옆에 바이알을 위치시킨다. 상등액을 제거한다. (50 pL/샘플, 예를 들어 10개의 샘플은 500 μL의 자기 비드의 전체 부피를 필요로 할 것이다). 3. 50 μL의 비드 스탁 당 150 μL의 용출 버퍼를 첨가함으로써 비드 스탁을 세척하고 재현탁시킨다. 4. 자석을 이용하여 비드를 포획하고 상등액을 제거한다. 이 과정을 2회 반복한다. 75 μL의 바인딩 버퍼 및 75 μL의 100% IPA를 모든 50 μL의 비드 스탁에 첨가한다(예를 들어, 10개의 샘플의 경우 750 μL의 바인딩 버퍼). 5. 150 μL의 자기 비드 제조물 및 50 μL의 샘플을 96 딥 웰 플레이트(Thermo Scientific, Cat # : 2602051)에 첨가한다. 파이펫을 이용하여 혼합물을 적어도 5회 상하로 파이펫팅하거나, 또는 비드/샘플 혼합물이 외관상 균질해질 때까지 파이펫팅한다. 6. 플레이트를 600 rpm에서 5분 동안 플레이트 쉐이커 상에 위치시킨다. 7. 샘플 플레이트를 자기 플레이트(EpiMag HT, Cat# Q10002-1) 상에 위치시켜 자기 비드를 고정화하고, 비드의 축적을 위해 30초 동안 기다린다. 8. 멀티채널 파이펫을 이용하여 상등액을 제거한다. 9. 샘플을 자기 플레이트 상에서 유지하면서, 비드 반대쪽의 웰 벽에 대해 200 μL의 세척 버퍼를 멀티채널 파이펫으로 부드럽게 파이펫팅하고 즉시 파이펫으로 제거하여 폐기한다. 바이알의 바닥에 침강된 임의의 잔류 드롭을 제거한다. 2회 반복한다. i. 주: 비드 재현탁을 방지하기 위해 매우 천천히 디스펜싱 및 흡인할 것. 자석은 모든 재현탁을 방지하기 위해 충분히 강력하지 않아야 한다. ii. 두 번째 세척 유래의 유체 제거 후 잔류 유체에 대해 모든 웰을 살펴보아야 한다. 제3 라운드의 세척 버퍼 제거는 이들 잔류물을 위해 새로운 파이펫을 이용할 필요가 있을 수 있다. 10. 50 μL의 용출 버퍼를 멀티채널 파이펫을 이용하여 비드에 첨가한다. i. 주: 96웰 플레이트는 자석 플레이트로부터 분리한다. 재현탁시키기 위해 비드 위에 직접 파이펫팅할 필요가 있다. 11. 600 스피드에서 10분 동안 플레이트 쉐이커 위에 위치시킨다. 12. 플레이트를 자석 위에 위치시키고, 멀티채널 파이펫을 이용하여 상등액을 뚜껑이 있는 둥근 바닥 96웰 플레이트에 이전한다. 접착성 마이크로실 B 필름을 도포한다.
실시예 6 - 대변 샘플 처리의 자동화를 위한 마이크로컨트롤러 유닛을 포함하는 전자장치
본 출원에 기재된 바와 같이, 하나 이상의 방법은 자동적으로 수행될 수 있다. 그러한 경우에서, 자동화된 방법은 하나 이상의 마이크로컨트롤러(예를 들어, 전자장치 유닛 내에 포함됨)를 이용하여 제어될 수 있다. 예를 들어, 시스템(예를 들어, 수집 유닛, 이의 구성요소)은 예를 들어, 입력 또는 출력 분포 및 마이크로컨트롤러와 임의의 전기적 구성요소 또는 주변 아이템 사이의 모든 주 통신을 제어할 수 있는 집적 회로를 포함하는 메인 컨트롤러를 포함할 수 있다. 예시적인 메인 컨트롤러 구조는 도 23에 모식적으로 나타낸다.
시스템은 컨트롤러, 예를 들어 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)을 추가적으로 포함할 수 있다. MCU는 예를 들어, 저 전력 32비트 마이크로컨트롤러일 수 있고, 모터 컨트롤러 인터페이스, 인터보드 통신, 입력 및 출력 분포, 하드웨어 헤더 및 통신 인터페이스(예를 들어, USB COM 포트 인터페이스)를 포함할 수 있다. 그러한 MCU 유닛의 예는 도 24에 모식적으로 나타낸다.
시스템은 스텝퍼 드라이버를 포함하는 컨트롤러를 포함할 수 있는데, 경우에 따라 디테일 및 펌웨어 노트용 MCU 인터페이스 및 파워 인터페이스를 보유할 수 있다. 그러한 컨트롤러의 예는 도 25에 모식적으로 나타낸다.
본 출원에서 본 발명의 바람직한 실시양태가 도시되고 기재되었지만, 그러한 실시양태가 단지 예로서 제공된다는 것은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 발명은 명세서 내에 제공된 특정 실시예에 의해 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명은 상기 언급된 명세서를 참조하여 기재되었지만, 본 출원에서 실시양태의 설명 및 예시는 제한적인 의미로 해석되지 않아야 한다. 다양한 변형, 변경, 및 치환은 본 발명을 벗어나지 않으면서 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 일어날 것이다. 또한, 본 발명의 모든 관점은 다양한 조건 및 변수에 따라 달라지는 본 출원에 기재된 특정 기재, 배치 또는 상대적인 비율로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 출원에 기재된 본 발명의 실시양태에 대한 다양한 대안은 본 발명의 실시에 활용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명은 또한 임의의 그러한 대안, 변형, 변경 또는 균등물을 커버할 것으로 고려된다. 후술하는 청구항들은 본 발명의 범위를 규정하고, 이들 청구항들 및 그들의 균등물의 범위 내의 방법 및 구조는 그에 의해 커버되는 것으로 의도된다.
Claims (76)
- 대변 샘플을 처리하는 방법으로서,
(a) 제1 위치에서 상기 대변 샘플을 수용하는 단계로서, 상기 대변 샘플은 상기 제1 위치와 상이한 제2 위치에서 수집되고, 상기 제2 위치는 상기 제1 위치의 1 마일 이내인 단계; 및
(b) 상기 제1 위치에서, 상기 대변 샘플 유래의 적어도 하나의 생체분자를 추출 또는 단리하기 위해 상기 대변 샘플을 자동적으로 처리하는 단계
를 포함하는, 대변 샘플 처리 방법. - 제1항에 있어서, 단계 (b)의 상기 적어도 하나의 생체분자 또는 이의 유도체를 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치와 상이한 제3 위치로 전달하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 제3 위치에서, 상기 적어도 하나의 생체분자 또는 이의 유도체는 상기 적어도 하나의 생체분자의 적어도 일부분을 확인하기 위해 분석되는 것인 처리 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 위치에서 상기 적어도 하나의 생체분자를 분석하는 단계를 추가로 포함하는 처리 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 생체분자는 데옥시리보핵산(DNA) 분자를 포함하고, 상기 분석 단계는 상기 DNA 분자의 서열결정을 포함하는 것인 처리 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 생체분자는 핵산, 폴리펩타이드, 단백질, 지질, 탄수화물, 대사산물, 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것인 처리 방법.
- 제1항에 있어서, 단계 (b)는 상기 적어도 하나의 생체분자를 추출 또는 단리하기 위해 하나 이상의 비드를 이용하는 단계를 포함하는 것인 처리 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 하나 이상의 비드는 하나 이상의 자기 비드를 포함하는 것인 처리 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 대변 샘플은 수집 유닛 내에서 수용되고 처리되는 것인 처리 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 수집 유닛은 센서 및 전자장치 유닛을 포함하는 감지 유닛을 포함하는 것인 처리 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 생체분자를 분석하기 위해 상기 센서를 이용하는 단계를 추가로 포함하는 처리 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 감지 유닛의 상기 전자장치 유닛은 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체의 데이터를 전자 디바이스에 전송하기 위한 통신 인터페이스를 포함하고, 상기 전자 디바이스는 상기 통신 인터페이스와 통신하는 것인 처리 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 수집 유닛을 자동적으로 세정하는 단계를 추가로 포함하는 처리 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 수집 유닛은 저장 유닛을 포함하는 것인 처리 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 저장 유닛은 다중 웰 유닛을 포함하고, 상기 적어도 하나의 생체분자는 상기 다중 웰 유닛의 웰 내에서 추출 또는 단리되는 것인 처리 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 저장 유닛 내에 상기 적어도 하나의 생체분자를 저장하는 단계를 추가로 포함하는 처리 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 저장 유닛은 상온에서 저장되는 것인 처리 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 수집 유닛은 어레이를 포함하고, 상기 적어도 하나의 생체분자는 상기 어레이를 이용하여 추출 또는 단리되는 것인 처리 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 어레이 상에서 상기 적어도 하나의 생체분자를 분석하는 단계를 추가로 포함하는 처리 방법.
- 제1항에 있어서, 단계 (b)는 상기 대변 샘플을 균질화하는 단계를 포함하는 것인 처리 방법.
- 제1항에 있어서, 단계 (b)는 상기 대변 샘플 내의 하나 이상의 세포의 용해를 포함하는 것인 처리 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 용해는 초음파 용해, 기계적 용해, 생물학적 용해, 및 화학적 용해로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 멤버를 이용하여 수행되는 것인 처리 방법.
- 제21항에 있어서, 상기 용해는 기계적 용해를 포함하는 것인 처리 방법.
- 제22항에 있어서, 상기 기계적 용해는 비드를 이용하여 수행되는 것인 처리 방법.
- 제1항에 있어서, 단계 (b)는 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체를 여과하는 단계를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 다른 대변 샘플로부터 적어도 하나의 생체분자를 추출 또는 단리하기 위해 상기 다른 대변 샘플을 자동적으로 처리하는 단계 (c)를 추가로 포함하는 처리 방법.
- 제25항에 있어서, 단계 (b) 및 (c)는 사용자의 관여 없이 수행되는 것인 처리 방법.
- 개체의 대변 샘플을 처리하는 방법으로서,
(a) (i) 변기에 연결된 제1 하우징을 포함하는 대변 수집기 및 (ii) 상기 제1 하우징에 연결되는 제2 하우징을 포함하는 수집 유닛을 제공하는 단계;
(b) 상기 개체의 상기 대변 샘플을 수집하기 위해 상기 대변 수집기를 이용하는 단계;
(c) 상기 수집 유닛 내에서 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체로부터 생체분자를 추출 또는 단리하는 단계
를 포함하는, 대변 샘플 처리 방법. - 제27항에 있어서, 상기 수집 유닛은 유체 유동 경로를 통해 상기 대변 수집기에 연결되는 것인 처리 방법.
- 제27항에 있어서, 상기 수집 유닛은 전자장치 유닛을 포함하는 센서를 추가로 포함하는 것인 처리 방법.
- 제29항에 있어서, 상기 생체분자를 분석하기 위해 상기 센서를 이용하는 단계를 추가로 포함하는 처리 방법.
- 제29항에 있어서, 상기 센서의 상기 전자장치 유닛은 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체의 데이터를 전자 디바이스에 전송하기 위한 통신 인터페이스를 포함하고, 상기 전자 디바이스는 상기 통신 인터페이스와 통신하는 것인 처리 방법.
- 재31항에 있어서, 상기 통신 인터페이스는 무선 통신 인터페이스인 처리 방법.
- 제27항에 있어서, 단계 (c) 이전에, 처리된 대변 샘플을 산출하기 위해 상기 대변 샘플을 처리하는 단계를 추가로 포함하는 처리 방법.
- 제33항에 있어서, 상기 생체분자는 상기 처리된 대변 샘플로부터 추출 또는 단리되는 것인 처리 방법.
- 제33항에 있어서, 상기 처리 단계는 상기 대변 샘플을 균질화하는 단계를 포함하는 것인 처리 방법.
- 제33항에 있어서, 상기 처리 단계는 상기 대변 샘플 내의 하나 이상의 세포의 용해를 포함하는 것인 처리 방법.
- 제33항에 있어서, 상기 처리 단계는 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체를 여과하는 단계를 포함하는 것인 처리 방법.
- 제36항에 있어서, 상기 용해는 초음파 용해, 기계적 용해, 생물학적 용해, 및 화학적 용해로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 멤버를 이용하여 수행되는 것인 처리 방법.
- 제38항에 있어서, 상기 용해는 기계적 용해를 이용하는 것인 처리 방법.
- 제39항에 있어서, 상기 기계적 용해는 비드를 이용하여 수행되는 것인 처리 방법.
- 제40항에 있어서, 단계 (c) 이후에 상기 수집 유닛 내의 상기 비드를 자동적으로 대체하는 단계를 추가로 포함하는 것인 처리 방법.
- 제40항에 있어서, 단계 (c) 이후에 상기 수집 유닛 내의 상기 비드를 자동적으로 세정하는 단계를 추가로 포함하는 것인 처리 방법.
- 제36항에 있어서, 상기 대변 수집기 및 상기 수집 유닛은 용해 챔버와 유체 연통하고, 상기 처리는 상기 용해 챔버 내에서 일어나는 것인 처리 방법.
- 제27항에 있어서, 상기 대변 수집기 또는 상기 수집 유닛을 자동적으로 세정하는 단계를 추가로 포함하는 처리 방법.
- 제44항에 있어서, 상기 대변 수집기 또는 상기 수집 유닛은 사용자로부터의 임의의 관여 없이 자동적으로 세정되는 것인 처리 방법.
- 제27항에 있어서, 상기 생체분자는 핵산, 폴리펩타이드 또는 단백질, 지질, 탄수화물, 또는 대사산물인 처리 방법.
- 제27항에 있어서, 단계 (c)는 상기 추출 또는 단리를 수행하기 위해 하나 이상의 비드를 이용하는 단계를 포함하는 것인 처리 방법.
- 제47항에 있어서, 상기 하나 이상의 비드는 하나 이상의 자기 비드를 포함하는 것인 처리 방법.
- 제27항에 있어서, 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체를 이미징하는 단계를 추가로 포함하는 처리 방법.
- 제27항에 있어서, 상기 수집 유닛은 저장 유닛을 포함하는 것인 처리 방법.
- 제50항에 있어서, 상기 저장 유닛은 다중 웰 유닛을 포함하고, 상기 생체분자는 상기 다중 웰 유닛의 웰 내에서 추출 또는 단리되는 것인 처리 방법.
- 제51항에 있어서, 상기 저장 유닛 내에 상기 생체분자를 저장하는 단계를 추가로 포함하는 처리 방법.
- 제52항에 있어서, 상기 저장 유닛은 상온에서 실행되는 것인 처리 방법.
- 제27항에 있어서, 상기 수집 유닛은 어레이를 포함하고, 상기 생체분자는 상기 어레이를 이용하여 추출 또는 단리되는 것인 처리 방법.
- 제27항에 있어서, 상기 수집 유닛은 어레이를 포함하고, 상기 생체분자는 상기 어레이를 이용하여 분석되는 것인 처리 방법.
- 개체의 대변 샘플을 처리하는 시스템으로서, 상기 시스템은
변기에 연결되도록 구성된 대변 수집기; 및
상기 대변 수집기에 연결되거나 또는 연결되도록 구성된 수집 유닛
을 포함하고,
상기 대변 수집기는 상기 개체의 상기 대변 샘플을 수집하도록 구성되고,
상기 수집 유닛은 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체 유래의 생체분자를 추출 또는 단리하도록 구성되는 것인 대변 샘플 처리 시스템. - 제56항에 있어서, 상기 수집 유닛은 유체 유동 경로를 통해 상기 대변 수집기에 연결되거나 또는 연결되도록 구성되는 것인 시스템.
- 제56항에 있어서, 상기 수집 유닛은 전자장치 유닛을 포함하는 센서를 추가로 포함하는 것인 시스템.
- 제58항에 있어서, 상기 센서는 상기 생체분자를 분석하도록 구성되는 것인 시스템.
- 제59항에 있어서, 상기 센서의 상기 전자장치 유닛은 상기 대변 샘플의 데이터를 전자 디바이스에 전송하기 위한 통신 인터페이스를 포함하고, 상기 전자 디바이스는 상기 통신 인터페이스와 통신하는 것인 시스템.
- 제60항에 있어서, 상기 통신 인터페이스는 무선 통신 인터페이스인 시스템.
- 개체의 대변 샘플을 분석하는 방법으로서,
(a) (i) 변기에 연결된 대변 수집기 및 (ii) 전자장치 유닛을 포함하는 센서를 포함하고 상기 대변 수집기에 연결되는 감지 유닛을 제공하는 단계;
(b) 상기 대변 수집기를 이용하여 상기 개체의 상기 대변 샘플을 수집하는 단계;
(c) 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체를 상기 감지 유닛에 전달하는 단계;
(d) 상기 센서의 상기 전자장치 유닛을 이용하여 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체를 처리함으로써 처리된 대변 샘플을 산출하는 단계; 및
(e) (i) 상기 처리된 대변 샘플 또는 이의 유도체, 또는 (ii) 상기 처리된 대변 샘플 내의 화학적 또는 생물학적 물질을 분석하기 위해 상기 센서를 이용하는 단계
를 포함하는, 대변 샘플 분석 방법. - 제62항에 있어서, 상기 전자장치 유닛은 상기 처리된 대변 샘플 또는 이의 유도체에 전기장을 인가하기 위한 전기 주입구를 포함하는 것인 분석 방법.
- 제62항에 있어서, 상기 화학적 또는 생물학적 물질은 세포, 바이러스, 핵산, 폴리펩타이드 또는 단백질, 지질, 탄수화물, 저분자, 금속 또는 대사산물인 분석 방법.
- 제62항에 있어서, 상기 센서는 마이크로플루이딕 디바이스를 포함하는 것인 분석 방법.
- 제62항에 있어서, 상기 센서의 상기 전자장치 유닛은 상기 파라미터의 데이터를 전자 디바이스에 전송하기 위한 통신 인터페이스를 포함하고, 상기 전자 디바이스는 상기 통신 인터페이스와 통신하는 것인 분석 방법.
- 제66항에 있어서, 상기 통신 인터페이스는 무선 통신 인터페이스인 분석 방법.
- 제67항에 있어서, 상기 무선 통신 인터페이스는 Wi-Fi 인터페이스인 분석 방법.
- 제67항에 있어서, 상기 무선 통신 인터페이스는 근거리 무선 통신 인터페이스인 분석 방법.
- 제67항에 있어서, 상기 무선 통신 인터페이스는 블루투스 인터페이스인 분석 방법.
- 제62항에 있어서, 상기 처리된 대변 샘플 또는 이의 유도체를 이미징하는 단계를 추가로 포함하는 분석 방법.
- 개체의 대변 샘플을 분석하는 시스템으로서, 상기 시스템은
변기에 연결되도록 구성된 대변 수집기; 및
전자장치 유닛을 포함하는 센서를 포함하고 상기 대변 수집기에 연결되거나 또는 연결되도록 구성되는 감지 유닛
을 포함하고,
상기 대변 수집기는 상기 개체의 상기 대변 샘플을 수집하도록 구성되고,
상기 감지 유닛은 상기 개체로부터 수집된 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체를 수용하도록 구성되고,
상기 전자장치 유닛은 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체를 처리하도록 구성되고,
상기 센서는 (i) 상기 대변 샘플 또는 이의 유도체, 또는 (ii) 상기 대변 샘플 내의 화학적 또는 생물학적 물질을 분석하도록 구성되는 대변 샘플 분석 시스템. - 제72항에 있어서, 상기 대변 수집기는 유체 유동 경로를 통해 상기 감지 유닛에 연결되거나 또는 연결되도록 구성되는 것인 시스템.
- 제72항에 있어서, 상기 센서의 상기 전자장치 유닛은 상기 대변 샘플의 데이터를 전자 디바이스에 전송하기 위한 통신 인터페이스를 포함하고, 상기 전자 디바이스는 상기 통신 인터페이스와 통신하는 것인 시스템.
- 제74항에 있어서, 상기 통신 인터페이스는 무선 통신 인터페이스인 시스템.
- 제72항에 있어서, 상기 전자장치 유닛은 상기 처리된 대변 샘플 또는 이의 유도체에 전기장을 인가하기 위한 전기 주입구를 포함하는 것인 시스템.
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