KR20220046536A - 체외진단카트리지 - Google Patents

Abstract

피펫을 통해 웰 어레이에 샘플 시료를 직접 주입하여 샘플 시료 유입 경로에서 DNA가 흡착되는 것을 차단할 수 있고 샘플 손실을 줄일 수 있는 체외진단카트리지가 개시된다. 체외진단카트리지는 체외진단칩; 로어 바디; CMOS 이미지 센서; 미들 바디; 및 어퍼 커버를 포함하되, 체외진단칩은, 베이스 부재; 베이스 부재 위에 배치되고, 복수의 웰들이 형성된 웰 어레이; 웰 어레이를 커버하도록 형성된 커버홈과, 커버홈의 일측을 연결하도록 형성된 샘플 저장소와, 외측으로 갈 수록 확장된 형상을 갖고서, 샘플 저장소와 외부를 연결하도록 형성된 샘플 주입구를 포함하고, 웰 어레이를 커버하도록 배치된 웰 커버; 웰 커버를 커버하고 형성된 중공홀을 통해 웰 커버의 일부를 노출하는 가이드부재; 가이드부재의 주입 홀을 경유하여 웰 커버의 샘플 주입구를 밀봉하는 마개; 및 캡 몸체, 가이드부재의 측면에 형성된 제1 체결 홈에 삽입되도록 캡 몸체에서 돌출된 제1 체결 돌기 및 가이드부재의 측면에 형성된 제2 체결 홈에 삽입되도록 캡 몸체에서 돌출된 제2 체결 돌기를 포함하고, 마개의 일부를 수용하고, 가이드부재의 측면에 후크 방식으로 체결되는 가이드 캡을 포함한다.

Description

체외진단카트리지{DIAGNOSTIC CARTRIDGE}

본 발명은 체외진단카트리지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피펫을 통해 웰 어레이에 샘플 시료를 직접 주입하여 샘플 시료 유입 경로에서 DNA가 흡착되는 것을 차단할 수 있고 샘플 손실을 줄일 수 있는 체외진단카트리지에 관한 것이다.

유전자 증폭기술은 분자진단에 있어서 필수적인 과정으로서 시료 내 미량의 디옥시리보핵산(Deoxyribonucleic Acid; DNA) 또는 리보핵산(Ribonucleic Acid; RNA)의 특정 염기서열을 반복적으로 복제하여 증폭하는 기술이다. 그 중 중합효소 연쇄반응(Polymerase chain reaction; PCR)은 대표적인 유전자 증폭 기술로서 DNA 변성단계(denaturation), 프라이머(Primer) 결합단계(annealing), DNA 복제단계(extension)의 3단계로 구성되어 있으며 각 단계는 시료의 온도에 의존되어 있으므로 시료의 온도를 반복적으로 변하게 함으로서 DNA를 증폭할 수 있다.

이전에 PCR은 일반적으로 96 또는 384-우물 미소판들(micro well plates)에서 수행되었다. 더 높은 처리량이 필요한 경우, 종래의 미소판들에서의 PCR 방법은 시약을 많이 사용하여야 하므로 비용에 있어 효과적 또는 효율적이지 않다. 한편, PCR 반응 용적을 감소시키면 시약의 소비를 줄이고 반응 용적의 감소된 열 질량(heat mass)에서 증폭 시간을 줄일 수도 있다. 이 전략은 배열 형식(m x n)으로 구현할 수도 있으므로, 그 결과 다수의 더 작은 반응 용적을 구현할 수도 있다. 또한 어떤 배열을 사용하면 증가된 정량 감도, 동적 범위와 특이성을 갖는 확장가능 및 고 처리량 분석을 허용한다.

매우 작은 반응 용적의 매우 많은 배열들을 사용하면, 디지털 중합 효소 연쇄 반응(dPCR)을 수행할 수 있다. dPCR로부터의 결과들을 사용하여 희귀 대립 유전자(rare alleles)의 농도를 검출 및 정량화하고, 핵산 시료들의 절대 정량화를 제공하고, 또한 낮은 핵산 농도도 민감하게 측정할 수 있다.

대부분의 정량 중합 효소 연쇄 반응(qPCR) 플랫폼의 배열 형식은 시료별로 분석 실험을 위해 설계되며, 여기서 PCR 결과들은 사후 분석을 위해 어드레스 가능 해야한다. 그러나, dPCR은 각각의 PCR 결과의 특정 위치로 분석하지 않고, 단지 시료당 양성 및 음성 목표복제(target copy)들의 수로만 분석한다.

한국공개특허 제2017-0024827호(2017. 03. 08.) 한국공개특허 제2016-0086937호(2016. 07. 20.)

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 피펫을 통해 웰 어레이에 샘플 시료를 직접 주입하여 샘플 시료 유입 경로에서 DNA가 흡착되는 것을 차단할 수 있고 샘플 손실을 줄일 수 있는 체외진단칩을 갖는 체외진단카트리지를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 체외진단카트리지는 체외진단칩; 상기 체외진단칩 아래에 배치되고, 상기 체외진단칩을 수용하는 로어 바디; 상기 로어 바디 및 상기 체외진단칩 사이에 배치되고, 상기 체외진단칩에서 PCR 반응 산물을 촬영하는 CMOS 이미지 센서; 상기 CMOS 이미지 센서를 수용하는 PCB; 상기 PCB 위에 배치되어 중공홀을 통해 상기 CMOS 이미지 센서를 노출하고, 상기 체외진단칩을 지지하는 미들 바디; 및 상기 체외진단칩 위에 배치되고, 사용자의 푸시 조작에 따라 상기 체외진단칩을 가압하면서 상기 로어 바디에 체결되는 어퍼 커버를 포함하되, 상기 체외진단칩은, 베이스 부재; 상기 베이스 부재 위에 배치되고, 복수의 웰들이 형성된 웰 어레이; 상기 웰 어레이를 커버하도록 형성된 커버홈과, 상기 커버홈의 일측을 연결하도록 형성된 샘플 저장소와, 외측으로 갈 수록 확장된 형상을 갖고서, 상기 샘플 저장소와 외부를 연결하도록 형성된 샘플 주입구를 포함하고, 상기 웰 어레이를 커버하도록 배치된 웰 커버; 상기 웰 커버를 커버하고 형성된 중공홀을 통해 상기 웰 커버의 일부를 노출하는 가이드부재; 상기 가이드부재의 주입 홀을 경유하여 상기 웰 커버의 샘플 주입구를 밀봉하는 마개; 및 캡 몸체, 상기 가이드부재의 측면에 형성된 제1 체결 홈에 삽입되도록 상기 캡 몸체에서 돌출된 제1 체결 돌기 및 상기 가이드부재의 측면에 형성된 제2 체결 홈에 삽입되도록 상기 캡 몸체에서 돌출된 제2 체결 돌기를 포함하고, 상기 마개의 일부를 수용하고, 상기 가이드부재의 측면에 후크 방식으로 체결되는 가이드 캡을 포함한다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 다른 실시예에 따른 체외진단카트리지는 체외진단칩; 상기 체외진단칩 아래에 배치되고, 상기 체외진단칩을 수용하는 로어 바디; 상기 로어 바디 및 상기 체외진단칩 사이에 배치되고, 상기 체외진단칩에서 PCR 반응 산물을 촬영하는 CMOS 이미지 센서; 상기 CMOS 이미지 센서를 수용하는 PCB; 상기 체외진단칩 위에 배치되고, 사용자의 푸시 조작에 따라 상기 체외진단칩을 가압하면서 상기 로어 바디에 체결되는 어퍼 커버; 상기 로어 바디 및 상기 어퍼 커버의 측면에 배치되어 상기 로어 바디와 상기 어퍼 커버를 체결하는 힌지 부재; 및 상기 로어 바디의 측면에 배치되어, 사용자의 상면 누름 조작에 따라 상기 로어 바디와 상기 어퍼 커버를 체결하고, 사용자의 측면 누름 조작에 따라 상기 어퍼 커버를 상기 로어 바디로부터 이탈시키는 푸시 레버를 포함하되, 상기 체외진단칩은, 베이스 부재; 상기 베이스 부재 위에 배치되고, 복수의 웰들이 형성된 웰 어레이; 상기 웰 어레이를 커버하도록 형성된 커버홈, 외부와 상기 커버홈의 일측을 연결하도록 형성된 샘플 인렛, 및 외부와 상기 커버홈의 타측을 연결하도록 형성된 에어 아웃렛을 포함하고, 상기 웰 어레이를 커버하도록 배치된 웰 커버; 상기 웰 커버를 커버하고 형성된 중공홀을 통해 상기 웰 커버의 일부를 노출하는 가이드부재; 상기 가이드부재의 측면에 배치되고, 상기 웰 커버의 샘플 인렛과 에어 아웃렛을 밀봉하는 가이드 캡; 및 소수성기를 갖는 분자를 포함하여 소수성(hydrophobic)을 갖고서 상기 에어 아웃렛에 배치되어, 에어를 배출하고 샘플 배출을 차단하는 필터를 포함한다.

이러한 체외진단카트리지에 의하면, 피펫을 통해 웰 어레이에 샘플 시료를 직접 주입하므로써, 샘플 인렛에서 또는 상기 샘플 인렛부터 웰 어레이까지의 유입 경로에서 DNA가 흡착되는 것을 차단할 수 있고 샘플 손실을 줄일 수 있다. 또한 샘플이 주입된 후 가이드 캡을 이용하여 웰 커버의 샘플 인렛과 에어 아웃렛을 순차적으로 밀봉하므로써, 웰 어레이에 존재하는 에어가 에어 아웃렛을 통해 배출시킬 수 있다. 또한 외부로부터 이물질 유입을 차단할 수 있어 검사의 신뢰성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 체외진단칩을 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 체외진단칩을 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 체외진단칩의 체결을 설명하기 위한 배면 사시도이다.
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 체외진단칩에 샘플 시료를 주입하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 체외진단카트리지의 조립 전 상태를 설명하기 위한 사시도이고 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 체외진단카트리지의 조립 후 상태를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 도 5a 및 도 5b에 도시된 체외진단카트리지를 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 7은 도 5에 도시된 체외진단카트리지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 도 5에 도시된 체외진단카트리지의 조립 과정을 설명하기 위한 사시도들이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 체외진단칩의 조립 전 및 조립 후 상태를 설명하기 위한 사시도들이다.
도 10은 도 9에 도시된 체외진단칩을 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 11은 도 9 및 도 10에 도시된 체외진단칩에 샘플 시료를 주입하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 체외진단카트리지를 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 13은 도 9 및 도 10에 도시된 체외진단칩을 도 12에 도시된 체외진단카트리지에 체결하는 과정을 설명하기 위한 사시도들이다.
도 14는 도 9 및 도 10에 도시된 체외진단칩을 도 12에 도시된 체외진단카트리지에 체결하는 과정을 설명하기 위해 일부 구성 요소를 투명하기 처리한 이미지들이다.
도 15는 도 12에 도시된 체외진단카트리지에서 도 9 및 도 10에 도시된 체외진단칩을 분리하는 과정을 설명하기 위한 사시도들이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 체외진단칩 및 이를 갖는 체외진단카트리지를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

본 발명은 기판에 일정 배열로 시료들, 시료 용적들 또는 반응 용적들을 탑재하기 위한 구조이며, 보다 구체적으로는 기판 내의 각각의 반응 위치들의 일정한 배열로 시료들을 탑재하는 것에 관한다.

다양한 실시예들에서, 어레이 타입의 작은 용적 시료들에서 타겟들을 검출하기 위해 사용되는 물품 내에 시료들을 탑재하기 위한 장치, 기기, 시스템, 및 방법들이 제공된다. 이러한 타겟들은 임의의 적절한 생물학적 타겟일 수 있지만, DNA 서열, RNA 서열, 유전자, 올리고 뉴클레오타이드(oligonucleotides), 분자, 단백질, 생체표식(biomarkers), 세포(예, 순환 종양 세포), 또는 다른 적당한 타겟 생체 분자를 포함하는 것들로서, 그들로 한정되지 않는다. 다양한 실시예들에서, 이러한 생물학적 성분들은 태아 진단, 질병의 다중진단, 병원체 검출, 및 정량 표준화, 유전자형(genotyping) 확인, 핵산염기서열 검증, 돌연변이 검출, 희귀 대립 유전자 검출, 및 유전자 복제 수 변화(copy number variation) 검출 등의 응용들에서 다양한 일반 PCR, 정량PCR(qPCR), 및/또는 디지털PCR(dPCR) 방법 및 시스템과 연관하여 사용될 수도 있다.

일반적으로, 대량의 시료들이 처리되는 정량 중합 효소 연쇄 반응법(qPCR)에도 적용 가능하지만, 임의의 적절한 PCR 방법은 본 명세서에 기재된 다양한 실시예들에 따라 사용될 수도 있음을 인식해야 한다. 적절한 PCR 방법들은, 예를 들어, 디지털 PCR, 등온 PCR(isothermal PCR), 대립 유전자 특이 PCR, 비대칭 PCR, 결합 매개(ligationmediated) PCR, 다중 PCR, 맞춤형(nested) PCR, qPCR, 캐스팅 PCR, 게놈 워킹(genome walking), 브리지(bridge) PCR을 포함하지만 그들로 제한되지 않는다.

본원에 기재된 다양한 실시예들에 따른 후술되는 바와 같이, 반응 위치들은 예를 들어 관통 구멍, 시료 보유 영역, 우물, 요홈(indentations), 지점(spots), 공동, 및 반응 챔버들을 포함하지만 그들로 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 체외진단칩을 설명하기 위한 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 체외진단칩을 설명하기 위한 분해사시도이다. 도 3은 도 1에 도시된 체외진단칩의 체결을 설명하기 위한 배면 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 체외진단칩(100)은 베이스 부재(110), 테이프(120), 웰 어레이(130), 웰 커버(140), 가이드부재(150) 및 가이드 캡(160)을 포함한다.

베이스 부재(110)는 D-자 형상을 갖고서 테이프(120)의 하부에 배치된다. 본 실시예에서, 베이스 부재(110)는 실리콘(silicone) 재질을 포함할 수 있다.

테이프(120)는 D-자 형상을 갖고서 베이스 부재(110)의 상면에 부착된다. 테이프(120)에는 웰 어레이(130)에 대응하는 영역에 대응하여 개구부가 형성된다. 또한 테이프(120)에는 후술되는 샘플 인렛(sample inlet)에 접하는 영역과 에어 아웃렛(air outlet)에 접하는 영역에 대응하여 개구부가 형성된다. 본 실시예에서, 테이프(120)는 양면 테이프일 수 있다.

웰 어레이(130)는 테이프(120) 위에 배치되고, 복수의 웰들이 형성된다. 본 실시예에서, 웰들의 개수는 9개를 도시하지만 이에 한정하는 것은 아니다. 웰 어레이(130)는 전체적으로 사각 형상을 갖고, 웰 어레이(130)의 대각선은 가이드 캡(160)의 삽입방향과 평행하다.

웰 커버(140)는 D-자 형상을 갖는 몸체부(141)와, 몸체부(141)에서 상향으로 돌출되고 가이드부재(150)의 중공홀을 통해 노출되는 돌출부(142)와, 돌출부(142)의 가장자리에 대응하여 후퇴된 골(143)을 포함한다. 본 실시예에서, 웰 커버(140)는 열가소성 엘라스토머(thermo plastic elastomer, TPE) 재질을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 골(143)은 돌출부(142)가 가압될 때 생기는 힘을 줄이는 역할을 수행할 수 있다. 또한 골(143)은 웰 커버(140)의 하부에 배치되는 구성요소에 가해지는 스트레스를 줄이는 역할도 수행한다.

또한 웰 커버(140)는 웰 어레이(130)를 커버하도록 형성된 커버홈(146), 외부와 커버홈(146)의 일측을 연결하도록 형성된 샘플 인렛(147), 및 외부와 커버홈(146)의 타측을 연결하도록 형성된 에어 아웃렛(148)을 포함하고, 웰 어레이(130)를 커버하면서 테이프(120)의 상면에 부착된다. 이에 따라, 샘플 인렛(147)을 통해 주입된 시료는 커버홈(146)에 배치된 웰 어레이(130)에 주입된다. 시료가 웰 어레이(130)에 주입됨에 따라 에어는 에어 아웃렛(148)을 통해 배출될 수 있다. 본 실시예에서, 커버홈(146)은 웰 커버(140)의 바닥면에서 후퇴된 아일랜드 형상으로 형성되고, 샘플 인렛(147)은 웰 커버(140)의 바닥면에서 커버홈(146)과 외측면을 연결하는 라인 형상으로 형성되고, 에어 아웃렛(148)은 웰 커버(140)의 바닥면에서 커버홈(146)과 외측면을 연결하는 라인 형상으로 형성된다.

가이드부재(150)는 웰 커버(140)를 커버하고 형성된 중공홀을 통해 웰 커버(140)의 일부를 노출한다. 본 실시예에서, 가이드부재(150)는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC)와 같은 플라스틱 재질을 포함할 수 있다.

가이드 캡(160)은 D-자 형상을 갖는 캡 몸체(162), 캡 몸체(162)에서 돌출된 제1 돌기(164) 및 캡 몸체(162)에서 돌출된 제2 돌기(166)를 포함하고, 가이드부재(150)의 측면에 배치되고, 웰 커버(140)의 샘플 인렛(147)과 에어 아웃렛(148)을 밀봉한다. 본 실시예에서, 가이드 캡(160)은 폴리카보네이트(polycarbonate, PC)와 같은 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 제1 돌기(164)는 샘플 인렛(147)에 삽입되도록 캡 몸체(162)에서 돌출된다. 제2 돌기(166)는 에어 아웃렛(148)에 삽입되도록 캡 몸체(162)에서 돌출된다.

제1 돌기(164)의 길이는 제2 돌기(166)의 길이보다 길다. 또한 제1 돌기(164)의 두께는 제2 돌기(166)의 두께보다 두껍다. 이에 따라, 샘플 인렛(147)이 먼저 제1 돌기(164)에 의해 밀봉된 후 에어 아웃렛(148)이 제2 돌기(166)에 의해 밀봉된다. 따라서, 샘플 인렛(147)에 제1 돌기(164)가 삽입되면 잔존하는 에어의 일부는 에어 아웃렛(148)을 통해 배출될 수 있다. 이어, 에어 아웃렛(148)은 제2 돌기(166)에 의해 밀봉된다.

샘플 인렛(147)의 길이와 에어 아웃렛(148)의 길이는 실질적으로 동일할 수 있다.

체외진단칩(100)은 에어 아웃렛(148)에 배치되는 필터(170)를 더 포함할 수 있다. 필터(170)는 에어를 배출하고 샘플이 배출되는 것을 차단하는 역할을 수행할 수 있다. 본 실시예에서, 필터(170)는 소수성기(hydrophobic radical)를 갖는 분자를 포함하여 소수성(hydrophobic)을 가질 수 있다.

도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 체외진단칩에 샘플 시료를 주입하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 먼저 가이드부재(150)와 가이드 캡(160)이 결합된 체외진단칩(100)에서 가이드 캡(160)을 가이드부재(150)로부터 분리한다. 이에 따라 샘플 인렛(147)과 에어 아웃렛(148)은 외부로 노출된다.

이어, 피펫(도면부호 미부여)을 통해 샘플 인렛(147)을 경유하여 웰 어레이(130)에 샘플 시료를 직접 채운다. 여기서, 피펫을 통해 웰 어레이(130)에 샘플 시료를 직접 채우는 이유는 샘플 인렛(147)의 공간이나 샘플 인렛(147)과 웰 어레이(130) 사이의 유입 경로에서 DNA가 흡착되거나 샘플이 손실되는 것을 줄이기 위함이다.

이어, 서로 다른 길이의 제1 돌기(164) 및 제2 돌기(166)를 갖는 가이드 캡(160)을 가이드부재(150)에 삽입하여 체외진단칩(100)을 클로징시킨다.

이어, 체외진단칩(100)을 원심주입장치에 넣어서 회전시킨다. 상기한 원심주입장치에 체외진단칩(100)이 배치되면, 체외진단칩(100)의 웰 어레이(130)는 지면에 대해 경사지게 배치된다. 즉, 사각 형상을 갖는 웰 어레이(130)의 대각선이 지면에 대해 수직 또는 수평적으로 배치된다. 이에 따라, 웰 어레이(130)에 에어 포켓이 존재하더라도 에어 포켓은 웰 어레이의 꼭지 부위에 집중될 수 있다. 또한 원심력에 의해 액체시료가 반응 공간인 웰 어레이(130)의 코너나 에지 영역에도 골고루 분포되므로 반응 공간에 에어 포켓이 생성되는 것을 차단할 수 있다. 이에 따라, PCR 시험결과에서 에어포켓에 의한 오류가 발생되는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 피펫을 통해 웰 어레이(130)에 샘플 시료를 직접 주입하므로써, 샘플 인렛(147)이나 웰 어레이(130)까지의 유입 경로에서 DNA가 흡착되는 것을 차단할 수 있고 샘플이 손실되는 것을 줄일 수 있다.

또한 샘플이 주입된 후 서로 다른 길이의 제1 돌기(164) 및 제2 돌기(166)를 갖는 가이드 캡(160)을 이용하여 웰 커버(140)의 샘플 인렛(147)과 에어 아웃렛(148)을 순차적으로 밀봉하므로써, 웰 어레이(130)에 존재하는 에어가 에어 아웃렛(148)을 통해 배출시킬 수 있다. 이에 따라, 웰 어레이에서 에어 포켓이 제거됨으로 검사의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한 가이드 캡에 의해 밀봉되므로 외부로부터 이물질이 유입되는 것을 차단할 수 있다.

도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 체외진단카트리지의 조립 전 상태를 설명하기 위한 사시도이고 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 체외진단카트리지의 조립 후 상태를 설명하기 위한 사시도이다. 도 6은 도 5a 및 도 5b에 도시된 체외진단카트리지를 설명하기 위한 분해사시도이다. 도 7은 도 5에 도시된 체외진단카트리지를 설명하기 위한 단면도이다.

도 5a 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 체외진단카트리지(200)는 체외진단칩(100), 로어 바디(210), CMOS 이미지 센서(220), PCB(230), 미들 바디(240), 어퍼 커버(250), 힌지 부재(260), 푸시 레버(270) 및 누름 버튼(280)를 포함한다. 로어 바디(210) 및 어퍼 커버(250) 각각은 납작한 원통 형상을 갖고서, CMOS 이미지 센서(220), PCB(230), 미들 바디(240), 푸시 레버(270) 및 누름 버튼(280)을 수납한다.

체외진단칩(100)은 미들 바디(240) 및 어퍼 커버(250) 사이에 배치된다. 체외진단칩(100)은 도 1 내지 도 3에서 설명된 바 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다.

로어 바디(210)는 체외진단칩(100) 아래에 배치되고, 체외진단칩(100)을 수용한다.

CMOS 이미지 센서(220)는 로어 바디(210) 및 체외진단칩(100) 사이에 배치되고, 체외진단칩(100)에서 PCR 반응 산물을 촬영한다. 본 실시예에서, CMOS 이미지 센서(220)는 체외진단칩(100)의 웰 어레이(130) 아래에 배치되고, 웰 어레이(130)의 웰들에서 PCR 반응 산물을 촬영한다. 구체적으로, CMOS 이미지 센서(220)는 PCB(230)에 형성된 기판홀에 대응하도록 배치되어 웰 어레이(130)에서 방출되는 광을 수용하여 PCR 장치에서 수행되는 PCR 반응 산물을 측정한다.

다양한 실시예들에 따른 타겟의 검출은 예를 들어, PCR 방법을 통한 검출, 면역화학법(Immunochemistry)를 통한 검출, 형광 또는 화학발광 또는 발색반응 또는 염색을 통한 세포 이미징, 이들의 단독 또는 조합으로 검출할 수 있지만, 그들로 한정되지 않는다

본 실시예에서, CMOS 이미지 센서(220)의 상부면에는 스크래치 방지막(도면부호 미부여)이 더 형성될 수 있다. 상기 스크래치 방지막은 체외진단카트리지(200)에 체외진단칩(100)을 여러 번 탈부착을 반복하더라도 CMOS 이미지 센서(220)의 상부면을 보호할 수 있으므로 체외진단카트리지(200)를 재활용할 수 있다.

PCB(230)는 로어 바디(210)와 미들 바디(240) 사이에 배치되어, CMOS 이미지 센서(220)를 수용한다.

미들 바디(240)는 PCB(230) 위에 배치되고, 체외진단칩(100)을 지지한다. 미들 바디(240)에는 일정 폭을 갖고서 Y-축 방향으로 연장된 홈부(242)가 형성되고, 홈부(242)의 중앙에는 사각 형상의 개구부(244)가 형성되어 PCB(230)에 탑재된 CMOS 이미지 센서(220)를 노출시킨다. 미들 바디(240)에는 체외진단칩(100)에 형성된 수납골에 대응하여 수납돌기가 형성된다. 본 실시예에서, 홈부(242)의 일측면에 제1 수납돌기(246)가 형성되고, 홈부(242)의 타측면에는 제2 수납돌기(248)가 형성된다.

어퍼 커버(250)는 체외진단칩(100) 위에 배치되고, 사용자의 푸시 조작에 따라 체외진단칩(100)을 가압하면서 로어 바디(210)에 체결된다.

힌지 부재(260)는 로어 바디(210) 및 어퍼 커버(250)의 측면에 배치되어 로어 바디(210)와 어퍼 커버(250)를 체결한다. 힌지 부재(260)를 기준으로 체외진단카트리지(200)는 오픈과 클로즈될 수 있다.

푸시 레버(270)는 로어 바디(210)의 측면에 배치되어, 사용자의 상면 누름 조작에 따라 로어 바디(210)와 어퍼 커버(250)를 체결하고, 사용자의 측면 누름 조작에 따라 어퍼 커버(250)를 로어 바디(210)로부터 이탈시킨다. 푸시 레버(270)의 측부에는 수직방향으로 형성된 복수의 홈들이 형성되고 푸시 레버(270)의 상부에는 어퍼 커버(250)의 체결돌기(251)에 대응하는 체결홈(271)이 형성된다. 사용자의 상면 누름 조작에 따라 어퍼 커버(250)의 체결돌기(251)는 푸시 레버(270)의 체결홈(271)에 삽입되어 체결되고, 사용자의 측면 누름 조작에 따라 푸시 레버(270)의 체결홈(271)은 누름 방향으로 이동되어 어퍼 커버(250)의 체결돌기(251)가 이탈된다.

푸시 레버(270)는 나선형 스프링(272)이나 판형 스프링 등과 같은 완충부재에 의해 로어 바디(210)에 연결된다. 예를 들어, 나선형 스프링(272)의 일측은 푸시 레버(270)에 연결되고 나선형 스프링(272)의 타측은 미들 바디(240)의 측면에 연결될 수 있다. 한편, 판형 스프링의 양단은 푸시 레버(270)에 연결되고 판형 스프링의 불록부는 미들 바디(240)의 측면을 향해 배치될 수 있다.

누름 버튼(280)은 체외진단칩(100)과 어퍼 커버(250) 사이에 배치되어, 어퍼 커버(250)의 중앙에 형성된 중공홀을 통해 외부로 노출된다. 사용자는 누름 버튼(280)을 누름에 따라 체외진단칩(100)을 가압하게 된다.

본 실시예에서, 체외진단카트리지(200)는 열 순환을 위해 히터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 열 순환은 열 순환기(thermal cycler), 등온 증폭, 열 대류(thermal convection), 적외선 매개 열 사이클링(infrared mediated thermal cycling), 또는 헬리카제 의존 증폭(helicase dependent amplification)을 사용하는 단계를 포함할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 칩이 내장된 가열 소자와 통합될 수도 있다. 다양한 실시예들에서, 칩은 반도체들과 통합될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따른 타겟의 검출은 예를 들어, 형광 검출, 양 또는 음 이온 검출, 산도(pH) 검출, 전압 검출, 또는 전류 검출을 단독 또는 조합할 수도 있지만, 그들로 한정되지 않는다.

도 8은 도 5에 도시된 체외진단카트리지의 조립 과정을 설명하기 위한 사시도들이다.

도 5a 내지 도 8을 참조하면, 로어 바디(210)에서 힌지 부재(260)를 기준으로 어퍼 커버(250)를 연다. 이에 따라, 로어 바디(210)에 배치된 미들 바디(240)와, 미들 바디(240)의 홈부(242)에 의해 노출되는 CMOS 이미지 센서(220)가 노출된다.

이어, 미들 바디(240)의 홈부(242)에 체외진단칩(100)를 배치한다.

이어, 어퍼 커버(250)를 로어 바디(210)를 향해 가압하여 어퍼 커버(250)와 로어 바디(210)를 후크 방식으로 체결한다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 원심주입장치에 체외진단카트리지(200)를 배치한 후 원심주입 동작을 수행할 수 있다. 상기한 원심주입 동작은 체외진단칩(100)에 샘플 시료를 주입한 후 수행될 수도 있고, 체외진단칩(100)이 체외진단카트리지(200) 내부에 배치된 후 수행할 수도 있다.

이러한 원심주입 동작에 따르면 액체시료가 주입된 체외진단칩(100)이 탑재된 체외진단카트리지(200)의 평면이 수직하게 체외진단카트리지(200)를 회전시키므로써 원심력에 의해 액체시료를 반응 공간에 고르게 분포시킬 수 있다. 즉, 원심력에 의해 액체시료가 반응 공간인 웰 어레이(130)의 코너나 에지 영역에도 분포되도록 원심주입장치를 구성함으로써 반응 공간에 에어 포켓이 생성되는 것을 차단할 수 있다. 이에 따라, PCR 시험결과에서 에어포켓에 의한 오류가 발생되는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 피펫(pipette)을 통해 웰 어레이에 샘플 시료를 직접 주입하므로써, 샘플 인렛에서 또는 상기 샘플 인렛부터 웰 어레이까지의 유입 경로에서 DNA가 흡착되는 것을 차단할 수 있고 샘플 손실을 줄일 수 있다. 또한 샘플이 주입된 후 가이드 캡을 이용하여 웰 커버의 샘플 인렛과 에어 아웃렛을 순차적으로 밀봉하므로써, 웰 어레이에 존재하는 에어가 에어 아웃렛을 통해 배출시킬 수 있다. 이에 따라, 웰 어레이에서 에어 포켓이 제거됨으로 검사의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한 가이드 캡에 의해 밀봉되므로 외부로부터 이물질이 유입되는 것을 차단할 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 체외진단칩의 조립 전 및 조립 후 상태를 설명하기 위한 사시도들이다. 도 10은 도 9에 도시된 체외진단칩을 설명하기 위한 분해사시도이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 체외진단칩(300)은 베이스 부재(310), 웰 어레이(320), 웰 커버(330), 가이드부재(340), 마개(350) 및 가이드 캡(360)을 포함한다.

베이스 부재(310)는 사각 형상을 갖고서 웰 어레이(320) 하부에 배치된다. 본 실시예에서, 베이스 부재(310)는 실리콘 재질을 포함할 수 있다.

웰 어레이(320)는 베이스 부재(310) 위에 배치되고, 복수의 웰들이 형성된다. 본 실시예에서, 웰들의 개수는 9개를 도시하지만 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 웰 어레이(320)에는 2만개의 웰들이 형성될 수도 있다. 그러나 2만개에 한정하는 것은 아니다. 웰 어레이(320)는 전체적으로 사각 형상을 갖고, 웰 어레이(320)의 대각선은 가이드 캡(360)의 삽입방향과 평행하다.

웰 커버(330)는 몸체부(331)와, 몸체부(331)에서 상향으로 돌출되고 가이드부재(340)의 중공홀을 통해 노출되는 돌출부(332)와, 돌출부(332)의 가장자리에 대응하여 후퇴된 골(333)을 포함한다. 본 실시예에서, 웰 커버(330)는 열가소성 엘라스토머(thermo plastic elastomer, TPE) 재질을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 골(333)은 돌출부(332)가 가압될 때 생기는 힘을 줄이는 역할을 수행할 수 있다. 또한 골(333)은 웰 커버(330)의 하부에 배치되는 구성요소에 가해지는 스트레스를 줄이는 역할도 수행한다.

또한 웰 커버(330)는 웰 어레이(320)를 커버하도록 형성된 커버홈(도면부호 미부여), 상기한 커버홈의 일측을 연결하도록 형성된 샘플 저장소(335)(후술하는 도 11에 도시됨), 및 샘플 저장소(335)와 외부를 연결하도록 형성된 샘플 주입구(336)(후술하는 도 11에 도시됨)를 포함하고, 웰 어레이(320)를 커버하면서 베이스 부재(310)의 상면에 부착된다. 본 실시예에서, 샘플 주입구(336)는 웰 커버(330)의 중심측에서 외측으로 갈 수록 확장된 형상을 갖는다. 확장된 형상을 갖는 샘플 주입구(336)에는 보다 용이하게 피펫이 주입을 위해 위치될 수 있다. 샘플 주입구(336)를 통해 샘플 저장소(335)에 주입된 시료는 커버홈에 배치된 웰 어레이(320)의 웰들에 분포될 수 있다. 예를 들어, 체외진단칩(300)을 원심 분리기에 배치시켜 원심 분리시키면, 샘플 저장소(335)에 주입된 시료는 웰 어레이(320)의 웰들 각각에 고르게 분포될 수 있다.

가이드부재(340)는 웰 커버(330)를 커버하고 형성된 중공홀을 통해 웰 커버(330)의 일부를 노출한다. 가이드부재(340)의 측면에는 웰 커버(330)의 샘플 주입구(336)에 대응하여 주입 홀이 형성된다. 또한 가이드부재(340)의 측면에는 가이드 캡(360)의 체결을 위해 제1 체결 홈 및 제2 체결 홈이 형성된다. 본 실시예에서, 가이드부재(340)는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC)와 같은 플라스틱 재질을 포함할 수 있다.

마개(350)는 가이드부재(340)의 주입 홀을 경유하여 웰 커버(330)의 샘플 주입구(336)를 밀봉한다. 마개(350)는 실리콘 재질을 포함할 수 있다.

가이드 캡(360)은 캡 몸체(361), 캡 몸체(361)에서 돌출된 제1 체결 돌기(362) 및 캡 몸체(361)에서 돌출된 제2 체결 돌기(363)를 포함하고, 가이드부재(340)의 측면에 배치되어 가이드부재(340)에 체결된다. 가이드 캡(360)에는 마개(350)의 일부를 수용하기 위한 홈이 형성될 수 있다. 홈은 제1 체결 돌기(362)와 제2 체결 돌기(363) 사이에 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 가이드 캡(360)은 폴리카보네이트(polycarbonate, PC)와 같은 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 제1 체결 돌기(362)는 가이드부재(340)의 측면에 형성된 제1 체결 홈(341)에 삽입되도록 캡 몸체(361)에서 돌출되고, 제2 체결 돌기(363)는 가이드부재(340)의 측면에 형성된 제2 체결 홈(342)에 삽입되도록 캡 몸체(361)에서 돌출된다.

도 11은 도 9 및 도 10에 도시된 체외진단칩에 샘플 시료를 주입하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.

도 9 내지 도 11을 참조하면, 먼저 가이드부재(340)와 가이드 캡(360)이 결합된 체외진단칩(300)에서 가이드 캡(360)을 가이드부재(340)로부터 분리한다. 이에 따라 샘플 주입구(336)는 외부로 노출된다.

이어, 피펫(도면부호 미부여)을 통해 샘플 주입구(336)를 경유하여 웰 어레이(320)에 샘플 시료를 직접 주입한다. 웰 어레이(320)에 미처 주입되지 못한 샘플 시료는 샘플 저장소(335)에 채워질 수 있다. 하지만, 샘플 저장소(335)에 채워진 샘플 시료는 후술되는 원심주입 과정을 통해 웰 어레이(320)에 완전 충진될 수 있다.

이어, 가이드 캡(360)을 가이드부재(340)에 삽입하여 체외진단칩(300)을 클로징시킨다.

이어, 체외진단칩(300)을 원심주입장치에 넣어서 회전시킨다. 상기한 원심주입장치에 체외진단칩(300)이 배치되면, 체외진단칩(300)의 웰 어레이(320)는 지면에 대해 경사지게 배치된다. 즉, 사각 형상을 갖는 웰 어레이(320)의 대각선이 지면에 대해 수직 또는 수평적으로 배치된다. 이에 따라, 웰 어레이(320)에 에어 포켓이 존재하더라도 에어 포켓은 웰 어레이(320)의 꼭지 부위에 집중될 수 있다. 또한 원심력에 의해 액체시료가 반응 공간인 웰 어레이(320)의 코너나 에지 영역에도 골고루 분포되므로 반응 공간에 에어 포켓이 생성되는 것을 차단할 수 있다. 이에 따라, PCR 시험결과에서 에어포켓에 의한 오류가 발생되는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 샘플 주입구(336)가 확장되어 있으므로 피펫을 보다 용이하게 위치시켜 샘플 시료를 주입할 수 있고, 이에 따라 샘플 시료 주입 효율을 높이고 주입 시간을 단축시킬 수 있다.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 체외진단카트리지를 설명하기 위한 분해사시도이다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 체외진단카트리지(400)는 로어 바디(410), 바텀 플레이트(412), CMOS 이미지 센서(414), PCB(Printed Circuit Board)(416), 미들 바디(418), 어퍼 링(420), 누름 버튼(422) 및 어퍼 커버(424)를 포함하고, 체외진단칩(300)을 수용한다. 로어 바디(410) 및 어퍼 커버(424) 각각은 납작한 원통 형상을 갖고서, CMOS 이미지 센서(414), PCB(416) 및 미들 바디(418)를 수납한다.

체외진단칩(300)은 미들 바디(418) 및 어퍼 커버(424) 사이에 배치된다. 체외진단칩(300)은 도 9 및 도 10에서 설명된 바 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다.

로어 바디(410)는 체외진단칩(300) 아래에 배치되고, 체외진단칩(300)을 수용한다. 로어 바디(410)에는 CMOS 이미지 센서(414)에 대응하여 사각 형상의 홀이 형성된다.

바텀 플레이트(412)는 사각 형상을 갖고서 로어 바디(410)의 바닥면 위에 배치된다. 바텀 플레이트(412)에는 CMOS 이미지 센서(414)에 대응하여 사각 형상의 홀이 형성된다.

PCB(416)는 바텀 플레이트(412)와 미들 바디(418) 사이에 배치되어, CMOS 이미지 센서(414)를 수용한다.

CMOS 이미지 센서(414)는 PCB(416)에 탑재되어 체외진단칩(300)에서 PCR 반응 산물을 촬영한다. 본 실시예에서, CMOS 이미지 센서(414)는 체외진단칩(300)의 웰 어레이 아래에 배치되고, 웰 어레이의 웰들에서 PCR 반응 산물을 촬영한다. 구체적으로, CMOS 이미지 센서(414)는 PCB(416)에 형성된 기판홀에 대응하도록 배치되어 웰 어레이에서 방출되는 광을 수용하여 PCR 장치에서 수행되는 PCR 반응 산물을 측정한다.

본 실시예에서, CMOS 이미지 센서(414)의 상부면에는 스크래치 방지막(도면부호 미부여)이 더 형성될 수 있다. 상기 스크래치 방지막은 체외진단카트리지(400)에 체외진단칩(300)을 여러 번 탈부착을 반복하더라도 CMOS 이미지 센서(414)의 상부면을 보호할 수 있으므로 체외진단카트리지(400)를 재활용할 수 있다.

미들 바디(418)는 PCB(416) 위에 배치되고, 체외진단칩(300)을 지지한다. 미들 바디(418)에는 일정 폭을 갖고서 Y-축 방향으로 연장된 홈부가 형성되고, 홈부의 중앙에는 사각 형상의 개구부(244)가 형성되어 PCB(416)에 탑재된 CMOS 이미지 센서(414)를 노출시킨다. 미들 바디(418)에는 체외진단칩(300)에 형성된 수납골에 대응하여 수납돌기가 형성된다. 본 실시예에서, 홈부의 일측면에 제1 수납돌기가 형성되고, 홈부의 타측면에는 제2 수납돌기가 형성된다.

제1 토글(430)은 미들 바디(418) 아래에 배치되고, 미들 바디(418)의 홈부에 인접하는 측벽에 일단이 연결된 제1 스프링(432)의 타단에 연결된다. 제2 토글(440)은 미들 바디(418) 아래에 배치되고, 제2 토글(440)은 미들 바디(418)의 홈부에 인접하는 측벽에 일단이 연결된 제2 스프링(442)의 타단에 연결된다. 제1 토글(430)과 제2 토글(440)은 미들 바디(418)의 홈부를 기준으로 서로 마주하도록 배치된다.

하측 자석류(450)는 제1 자석(452), 제2 자석(454), 제3 자석(456) 및 제4 자석(458)을 포함하고, 미들 바디(418) 아래에 배치되어 숨겨진다. 미들 바디(418)에는 하측 자석류(450) 수납을 위한 별도의 수납홈이 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 제1 자석(452) 및 제2 자석(454)의 극성은 서로 동일하고, 제3 자석(456) 및 제4 자석(458)의 극성은 서로 동일하며, 제1 자석(452)과 제3 자석(456)의 극성은 서로 상이한 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 하측 자석류(450)의 극성은 상측, 즉 상측 자석류(460)를 향하는 극성을 의미할 수 있다.

도 12에서 미들 바디(418) 위에 제1 토글(430), 제2 토글(440), 제1 스프링(432), 제2 스프링(442) 및 하측 자석류(450)가 배치된 것을 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위해 도시하였을 뿐 실제로는 미들 바디(418) 아래에 제1 토글(430), 제2 토글(440), 제1 스프링(432), 제2 스프링(442) 및 하측 자석류(450)가 배치되어 숨겨진다.

어퍼 링(420)은 어퍼 커버(424)의 하측 외곽 둘레에 대응하여 배치되고, 제1 결속구(462) 및 제2 결속구(464)를 통해 어퍼 커버(424)에 체결된다. 어퍼 링(420)에는 상측 자석류(460)의 수납을 위해 수납홀들이 형성된다. 본 실시예에서, 어퍼 링(420)은 제1 결속구(462) 및 제2 결속구(464) 각각에 의해 어퍼 커버(424)에 이격이 가능하게 체결된다. 예를 들어, 1mm의 간격만큼 상하로 이격될 수 있도록 어퍼 링(420)과 어퍼 커버(424)는 제1 결속구(462) 및 제2 결속구(464) 각각에 의해 서로 체결된다. 어퍼 링(420)의 상하 이격은 어퍼 링(420)에 수납된 상측 자석류(460)의 상하 동작에 대응할 수 있다.

상측 자석류(460)는 제5 자석(462), 제6 자석(464), 제7 자석(466) 및 제8 자석(468)을 포함하고, 어퍼 링(420)에 형성된 수납홀들에 수납된다. 상측 자석류(460)와 하측 자석류(450)는 서로 다른 극성이다. 본 실시예에서, 제5 자석(462) 및 제6 자석(464)의 극성은 서로 동일하고, 제7 자석(466) 및 제8 자석(468)의 극성은 서로 동일하며, 제5 자석(462)과 제7 자석(466)의 극성은 서로 상이한 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 상측 자석류(460)의 극성은 하측, 즉 하측 자석류(450)를 향하는 극성을 의미할 수 있다.

상측 자석류(460)는 하측 자석류(450)에 대응하도록 배치될 수 있다. 즉, 제1 자석(452)은 제5 자석(462)에 대응하고, 제2 자석(454)은 제6 자석(464)에 대응하고, 제3 자석(456)은 제7 자석(466)에 대응하고, 제4 자석(458)은 제8 자석(468)에 대응하도록 배치될 수 있다. 즉, 제1 자석(452) 및 제2 자석(454)이 S극성이라면, 동일한 평면상에 배치되는 제3 자석(456) 및 제4 자석(458)은 N극성이고, 제5 자석(462) 및 제6 자석(464)은 N 극성이고, 제7 자석(466) 및 제8 자석(468)은 S극성이다. 한편, 제1 자석(452) 및 제2 자석(454)이 N극성이라면, 동일한 평면상에 배치되는 제3 자석(456) 및 제4 자석(458)은 S극성이고, 제5 자석(462) 및 제6 자석(464)은 S 극성이고, 제7 자석(466) 및 제8 자석(468)은 N극성이다.

이처럼, 동일한 평면상에 서로 다른 극성의 자석들과 서로 동일한 극성의 자석들이 배치되고, 서로 마주하는 평면상에 서로 다른 극성의 자석들과 서로 동일한 극성의 자석들이 배치되므로, 상부 평면에 대응하는 어퍼 커버(424)와 하부 평면에 대응하는 로어 바디(410)는 자석들에 의해 자동 정렬될 수 있다.

누름 버튼(422)은 체외진단칩(300)에 대응하게 배치된다.

어퍼 커버(424)는 체외진단칩(300) 위에 배치되고, 중공홀을 통해 누름 버튼(422)을 노출하고, 사용자가 누름 버튼(422)을 푸시함에 따라 체외진단칩(300)을 가압한다.

본 실시예에서, 체외진단카트리지(400)는 열 순환을 위해 히터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 열 순환은 열 순환기(thermal cycler), 등온 증폭, 열 대류(thermal convection), 적외선 매개 열 사이클링(infrared mediated thermal cycling), 또는 헬리카제 의존 증폭(helicase dependent amplification)을 사용하는 단계를 포함할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 칩이 내장된 가열 소자와 통합될 수도 있다. 다양한 실시예들에서, 칩은 반도체들과 통합될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따른 타겟의 검출은 예를 들어, 형광 검출, 양 또는 음 이온 검출, 산도(pH) 검출, 전압 검출, 또는 전류 검출을 단독 또는 조합할 수도 있지만, 그들로 한정되지 않는다.

도 13은 도 9 및 도 10에 도시된 체외진단칩을 도 12에 도시된 체외진단카트리지(400)에 체결하는 과정을 설명하기 위한 사시도들이다. 도 14는 도 9 및 도 10에 도시된 체외진단칩을 도 12에 도시된 체외진단카트리지에 체결하는 과정을 설명하기 위해 일부 구성 요소를 투명하기 처리한 이미지들이다.

도 9 내지 도 14를 참조하면, 체외진단카트리지(400)에서 어퍼 커버(424)를 분리하여 로어 바디(410)에 체결된 미들 바디(418)와 CMOS 이미지 센서(414)를 노출시킨다.

이어, 체외진단칩(300)을 체외진단카트리지(400)의 미들 바디(418)에 형성된 홈부에 안착시키고, 분리된 어퍼 커버(424)를 체결을 위해 미들 바디(418) 상부에 배치한다.

이어, 어퍼 커버(424)가 미들 바디(418)에 배치됨에 따라 상측 자석류(460)와 하측 자석류(450)는 자성에 의해 자동 정렬된다.

이어, 사용자가 어퍼 커버(424)를 푸시함에 따라, 제1 토글(430) 및 제2 토글(440) 각각은 뒤로 밀렸다가 복귀하면서 상기 어퍼 커버(424)가 상기 로어 바디(410)에 잠금 처리된다. 구체적으로, 사용자가 어퍼 커버(424)를 푸시함에 따라, 어퍼 커버(424)에 형성된 제1 체결 후크(424a) 및 제2 체결 후크(424b) 각각은 미들 바디(418) 아래에 배치된 제1 토글(430) 및 제2 토글(440)을 푸시한다. 제1 토글(430) 및 제2 토글(440) 각각은 제1 체결 후크(424a) 및 제2 체결 후크(424b)에 의해 푸시됨에 따라 로어 바디(410)의 외측면으로 쉬프트된다. 이때 제1 체결 후크(424a) 및 제2 체결 후크(424b)는 하강하고, 제1 스프링(432) 및 제2 스프링(442)에 의해 원래의 위치로 복원한다. 이처럼, 제1 체결 후크(424a) 및 제2 체결 후크(424b) 각각이 제1 토글(430) 및 제2 토글(440)에 맞물리면 어퍼 커버(424)는 미들 바디(418)가 체결된 로어 바디(410)에 체결된다.

한편, 도 11에 도시된 바와 같이, 원심주입장치에 체외진단카트리지(400)를 배치한 후 원심주입 동작을 수행할 수 있다. 상기한 원심주입 동작은 체외진단칩(300)에 샘플 시료를 주입한 후 수행될 수도 있고, 체외진단칩(300)이 체외진단카트리지(400) 내부에 배치된 후 수행할 수도 있다.

이러한 원심주입 동작에 따르면 액체시료가 주입된 체외진단칩(300)이 탑재된 체외진단카트리지(400)의 평면이 수직하게 체외진단카트리지(400)를 회전시키므로써 원심력에 의해 액체시료를 반응 공간에 고르게 분포시킬 수 있다. 즉, 원심력에 의해 액체시료가 반응 공간인 웰 어레이의 코너나 에지 영역에도 분포되도록 원심주입장치를 구성함으로써 반응 공간에 에어 포켓이 생성되는 것을 차단할 수 있다. 이에 따라, PCR 시험결과에서 에어포켓에 의한 오류가 발생되는 것을 방지할 수 있다.

도 15는 도 12에 도시된 체외진단카트리지(400)에서 도 9 및 도 10에 도시된 체외진단칩(300)을 분리하는 과정을 설명하기 위한 사시도들이다.

도 15를 참조하면, 로어 바디(410)에 체결된 어퍼 커버(424)를 시계 방향으로 대략 10도 정도 회전시킨다. 어퍼 커버(424)가 회전됨에 따라 토글 위치에서 벗어난다.

이어, 푸시 전단계로 복귀한다.

이어, 로어 바디(410)에서 어퍼 커버(424)를 분리하여 체외진단칩(300)을 체외진단카트리지(400)에서 분리한다.

도시하지는 않았지만 체외진단카트리지(400)에서 분리된 체외진단칩(300)은 폐기하고 새로운 체외진단칩(300)을 다시 배치하는 과정을 수행할 수 있다. 이에 따라, 체외진단카트리지(400)는 다수회 사용이 가능하므로 재활용이 가능하다.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 생화학물질의 검사를 수행하는 장치, 혈액검사장치, 질병 검사장치 등으로 연구용, 의료용, 재난방지용, 축산용, 애완동물치료용 등으로 사용될 수 있는 산업상 이용가능성을 갖는다.

100, 300 : 체외진단칩 110, 310 : 베이스 부재
120 : 테이프 130, 320 : 웰 어레이
140, 320 : 웰 커버 147 : 샘플 인렛
148 : 에어 아웃렛 150, 340 : 가이드부재
160, 360 : 가이드 캡 162 : 캡 몸체
164 : 제1 돌기 166 : 제2 돌기
170 : 필터 200, 400 : 체외진단카트리지
210, 410 : 로어 바디 220, 414 : CMOS 이미지 센서
230, 416 : PCB 240 : 미들 바디
250, 424 : 어퍼 커버 260 : 힌지 부재
270 : 푸시 레버 280, 422 : 누름 버튼
350 : 마개 412 : 바텀 플레이트
418 : 미들 바디 420 : 어퍼 링
430 : 제1 토글 432 : 제1 스프링
440 : 제2 토글 442 : 제2 스프링
450 : 하측 자석류 460 : 상측 자석류

Claims (11)

1. 체외진단칩;
   상기 체외진단칩 아래에 배치되고, 상기 체외진단칩을 수용하는 로어 바디;
   상기 로어 바디 및 상기 체외진단칩 사이에 배치되고, 상기 체외진단칩에서 PCR 반응 산물을 촬영하는 CMOS 이미지 센서;
   상기 CMOS 이미지 센서를 수용하는 PCB;
   상기 PCB 위에 배치되어 중공홀을 통해 상기 CMOS 이미지 센서를 노출하고, 상기 체외진단칩을 지지하는 미들 바디; 및
   상기 체외진단칩 위에 배치되고, 사용자의 푸시 조작에 따라 상기 체외진단칩을 가압하면서 상기 로어 바디에 체결되는 어퍼 커버를 포함하되,
   상기 체외진단칩은,
   베이스 부재;
   상기 베이스 부재 위에 배치되고, 복수의 웰들이 형성된 웰 어레이;
   상기 웰 어레이를 커버하도록 형성된 커버홈과, 상기 커버홈의 일측을 연결하도록 형성된 샘플 저장소와, 외측으로 갈 수록 확장된 형상을 갖고서, 상기 샘플 저장소와 외부를 연결하도록 형성된 샘플 주입구를 포함하고, 상기 웰 어레이를 커버하도록 배치된 웰 커버;
   상기 웰 커버를 커버하고 형성된 중공홀을 통해 상기 웰 커버의 일부를 노출하는 가이드부재;
   상기 가이드부재의 주입 홀을 경유하여 상기 웰 커버의 샘플 주입구를 밀봉하는 마개; 및
   캡 몸체, 상기 가이드부재의 측면에 형성된 제1 체결 홈에 삽입되도록 상기 캡 몸체에서 돌출된 제1 체결 돌기 및 상기 가이드부재의 측면에 형성된 제2 체결 홈에 삽입되도록 상기 캡 몸체에서 돌출된 제2 체결 돌기를 포함하고, 상기 마개의 일부를 수용하고, 상기 가이드부재의 측면에 후크 방식으로 체결되는 가이드 캡을 포함하는 것을 특징으로 하는 체외진단카트리지.
2. 제1항에 있어서, 상기 어퍼 커버의 하측 외곽 둘레에 대응하여 배치되어 제1 결속구 및 제2 결속구를 통해 상기 어퍼 커버에 이격이 가능하도록 체결되는 어퍼 링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체외진단카트리지.
3. 제2항에 있어서, 상기 미들 바디 아래에 배치되어 숨겨진 하측 자석류; 및
   상기 하측 자석류에 대응하여 상기 어퍼 링에 형성된 수납홀에 수납되는 상측 자석류를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체외진단카트리지.
4. 제3항에 있어서, 상기 하측 자석류는 제1 자석, 제2 자석, 제3 자석 및 제4 자석을 포함하고,
   상기 제1 자석 및 상기 제2 자석의 극성은 서로 동일하고, 상기 제3 자석 및 상기 제4 자석의 극성은 서로 동일하며, 상기 제1 자석과 상기 제3 자석의 극성은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 체외진단카트리지.
5. 제4항에 있어서, 상기 상측 자석류는 제5 자석, 제6 자석, 제7 자석 및 제8 자석을 포함하고,
   상기 제5 자석 및 상기 제6 자석의 극성은 서로 동일하고, 상기 제7 자석 및 상기 제8 자석의 극성은 서로 동일하며, 상기 제5 자석과 상기 제7 자석의 극성은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 체외진단카트리지.
6. 제1항에 있어서,
   상기 미들 바디 아래에 배치되고, 상기 미들 바디의 홈부에 인접하는 측벽에 일단이 연결된 제1 스프링의 타단에 연결된 제1 토글; 및
   미들 바디 아래에 배치되고, 제2 토글은 미들 바디의 홈부에 인접하는 측벽에 일단이 연결된 제2 스프링의 타단에 연결된 제2 토글을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체외진단카트리지.
7. 제6항에 있어서, 상기 어퍼 커버는 상기 미들 바디를 향해 돌출된 제1 체결 후크 및 제2 체결 후크를 더 포함하고,
   사용자에 의해 상기 어퍼 커버가 가압됨에 따라 상기 제1 토글 및 상기 제2 토글 각각이 뒤로 밀렸다 복귀하면서 제1 체결 후크 및 제2 체결 후크에 맞물려 상기 어퍼 커버가 상기 로어 바디에 잠금되는 것을 특징으로 하는 체외진단카트리지.
8. 체외진단칩;
   상기 체외진단칩 아래에 배치되고, 상기 체외진단칩을 수용하는 로어 바디;
   상기 로어 바디 및 상기 체외진단칩 사이에 배치되고, 상기 체외진단칩에서 PCR 반응 산물을 촬영하는 CMOS 이미지 센서;
   상기 CMOS 이미지 센서를 수용하는 PCB;
   상기 체외진단칩 위에 배치되고, 사용자의 푸시 조작에 따라 상기 체외진단칩을 가압하면서 상기 로어 바디에 체결되는 어퍼 커버;
   상기 로어 바디 및 상기 어퍼 커버의 측면에 배치되어 상기 로어 바디와 상기 어퍼 커버를 체결하는 힌지 부재; 및
   상기 로어 바디의 측면에 배치되어, 사용자의 상면 누름 조작에 따라 상기 로어 바디와 상기 어퍼 커버를 체결하고, 사용자의 측면 누름 조작에 따라 상기 어퍼 커버를 상기 로어 바디로부터 이탈시키는 푸시 레버를 포함하되,
   상기 체외진단칩은,
   베이스 부재;
   상기 베이스 부재 위에 배치되고, 복수의 웰들이 형성된 웰 어레이;
   상기 웰 어레이를 커버하도록 형성된 커버홈, 외부와 상기 커버홈의 일측을 연결하도록 형성된 샘플 인렛, 및 외부와 상기 커버홈의 타측을 연결하도록 형성된 에어 아웃렛을 포함하고, 상기 웰 어레이를 커버하도록 배치된 웰 커버;
   상기 웰 커버를 커버하고 형성된 중공홀을 통해 상기 웰 커버의 일부를 노출하는 가이드부재;
   상기 가이드부재의 측면에 배치되고, 상기 웰 커버의 샘플 인렛과 에어 아웃렛을 밀봉하는 가이드 캡; 및
   소수성기를 갖는 분자를 포함하여 소수성(hydrophobic)을 갖고서 상기 에어 아웃렛에 배치되어, 에어를 배출하고 샘플 배출을 차단하는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 체외진단카트리지.
9. 제8항에 있어서, 상기 체외진단칩은,
   베이스 부재;
   상기 베이스 부재 위에 배치되고, 복수의 웰들이 형성된 웰 어레이;
   상기 웰 어레이를 커버하도록 형성된 커버홈, 외부와 상기 커버홈의 일측을 연결하도록 형성된 샘플 인렛, 및 외부와 상기 커버홈의 타측을 연결하도록 형성된 에어 아웃렛을 포함하고, 상기 웰 어레이를 커버하도록 배치된 웰 커버;
   상기 웰 커버를 커버하고 형성된 중공홀을 통해 상기 웰 커버의 일부를 노출하는 가이드부재; 및
   상기 가이드부재의 측면에 배치되고, 상기 웰 커버의 샘플 인렛과 에어 아웃렛을 밀봉하는 가이드 캡을 포함하는 것을 특징으로 하는 체외진단카트리지.
10. 제8항에 있어서, 상기 체외진단칩을 지지하는 미들 바디를 더 포함하고,
    상기 미들 바디에는 상기 체외진단칩에 형성된 수납골에 대응하여 수납돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 체외진단카트리지.
11. 제8항에 있어서, 상기 CMOS 이미지 센서의 상부면에 형성된 스크래치 방지막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체외진단카트리지.
    

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