KR20220097387A - 화학적 및/또는 생물학적 프로세스를 수행하기 위한 피펫을 사용하는 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

화학적 및/또는 생물학적 프로세스를 수행하기 위한 시스템은 챔버의 밀봉 재료를 관통한 후 프로세스에 사용되는 재료를 수용하는 챔버의 바닥 표면과 접촉하도록 배치될 수 있는 팁을 구비한 피펫을 갖는다. 팁은 팁의 외주를 따라 위치한 개구를 구비한 복수의 통로를 갖는다. 외주에 개구부를 배치하면 팁이 챔버의 바닥 표면에 놓이도록 할 수 있어서 챔버에 있는 대부분의 재료가 피펫에 의해 추출될 수 있다. 게다가, 팁의 외주를 따라 개구가 있는 챔버의 바닥 표면에 팁을 배치하면 피펫이 챔버에 추가 재료를 제공할 때 피펫이 챔버에 있는 기존 재료를 교반할 수 있다.

Description

화학적 및/또는 생물학적 프로세스를 수행하기 위한 피펫을 사용하는 시스템 및 방법

본 출원은 2019년 9월 12일에 제출되고, "화학적 및/또는 생물학적 프로세스를 수행하기 위한 피펫을 사용하는 시스템 및 방법"이라는 명칭의 미국 특허 가출원 제62/899,489호를 우선권 주장하고, 이것의 전체 내용은 본원에 원용된다.

본 출원은 일반적으로 화학적 및/또는 생물학적 프로세스를 수행하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 출원은 시약 및 기타 재료를 적어도 하나의 반응 챔버 안팎으로 이동시키기 위해 피펫을 사용하여 화학적 및/또는 생물학적 프로세스를 수행하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

화학적 및/또는 생물학적 프로세스(예컨대, 이량체 회피 다중 중합효소 연쇄 반응(dam-PCR) 또는 앰플리콘 구조 다중 중합효소 연쇄 반응(arm-PCR))를 수행하기 위한 시스템은 (일체형 또는 분리형 팁을 가지는) 피펫을 사용하여 프로세스 중 시약 및 기타 재료를 이용시킬 수 있다. 종종, 프로세스에 사용되는 시약(또는 기타 재료)은 알루미늄 포일로 밀봉된 챔버에 저장된다. 챔버를 위한 포일 시일에 구멍을 뚫고 시약에 접근하기 위해서, 피펫은 치즐링된 팁을 구비하여서 포일 시일을 관통하는 뾰족한 단부를 유발할 수 있다. 포일 시일을 관통한 후, 피펫은 챔버로부터 시약 또는 기타 재료를 끌어내고 프로세스를 수행하는 동안 반응 챔버로 재료를 이동시키는 데 사용될 수 있다.

프로세스 중 많은 다른 시약 및 기타 재료가 반응 챔버로 그리고 반응 챔버로부터 이동될 수 있다. 단계 사이에 세척액을 반복적으로 헹구고 제거함으로써 반응 챔버를 세척하는 것이 종종 바람직하다. 이런 세척 단계는 시간이 걸릴 수 있어서, 프로세스 기간을 바람직하지 못하게 연장시키고, 반응 챔버에 잔류 시약 또는 재료가 남아있는 경우 프로세스 결과에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 게다가, 일부 프로세스에서, 자기 비드는 프로세스 중 여러 지점에서 재료(예컨대, 핵산)를 수집하는 데 사용될 수 있다. 세척 후, 자기 비드는 프로세스의 다음 단계를 위해 액체에 균일하게 재현탁되어야 한다. 반응 챔버 안팎으로 시약 및 기타 재료를 이송하고, 반응 챔버에 균일하게 자기 비드를 재현탁하고, 프로세스를 수행하는 데 필요한 시간을 줄이기 위한 더 나은 기술이 일반적으로 요구된다.

본 발명은 다음 도면을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다. 도면의 요소들은 반드시 서로에 대해 일정한 비율로 될 필요는 없으며, 대신에 본 발명의 원리를 명확하게 설명하는 데 중점을 둔다. 또한, 유사한 도면 부호는 여러 도면에 걸쳐 대응하는 부분을 지정한다.
도 l은 PCR 증폭을 수행하기 위한 시스템의 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2는 프로세서 모듈의 실시예의 측면 평면도이다.
도 3은 도 2의 프로세서 모듈의 배면 사시도이다.
도 4는 카세트의 실시예의 사시도를 도시한다.
도 5는 도 4에 도시된 카세트의 분해도를 도시한다.
도 6은 피펫의 실시예의 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 피펫의 상면도이다.
도 8은 도 7의 A-A 선을 따라서 본 도 6의 피펫의 단면도이다.
도 9는 도 6의 피펫의 팁만 도시한 확대 사시도이다.
도 10은 도 6의 피펫의 팁만 도시한 확대 측면도이다.
도 11은 도 6의 피펫의 팁만 도시한 확대 말단도이다.
도 12-도 14는 챔버로 삽입되는 피펫의 실시예의 부분 단면도이다.

본 발명의 실시예는 일반적으로 화학적 및/또는 생물학적 프로세스(예컨대, 이량체 회피 다중 중합효소 연쇄 반응(dam-PCR) 또는 앰플리콘 구조 다중 중합효소 연쇄 반응(arm-PCR))를 수행하기 위해 피펫을 사용하는 시스템 및 방법에 관련된다. 위에서 언급한 바와 같이, 치즐링된 팁 또는 플랫 팁을 가지는 피펫은 종종 반응 챔버 안팎으로 시약 및 기타 재료를 이동시키는 데 사용된다. 이러한 치즐링된 팁이 챔버 또는 웰(well)에 삽입될 때, 챔버로부터 피펫으로 재료를 수용하기 위한 구멍이 챔버의 바닥 표면에서 약간 올라가도록 팁은 챔버 또는 웰의 바닥 표면과 접촉한다. 이러한 플랫 팁이 챔버 또는 웰에 삽입될 때, 피펫의 플랫 팁이 챔버의 바닥 표면으로부터 약간 올라가지 않는 한 챔버로부터 피펫으로 재료를 수용하기 위한 구멍이 차단될 수 있도록 팁은 챔버 또는 웰의 바닥 표면과 접촉한다. 플랫 팁에 재료를 수용하기 위한 구멍이 차단되는 것을 방지하도록, 피펫의 사용자는 여전히 챔버로부터의 재료가 구멍에 수용될 수 있도록 허용하면서 챔버의 바닥 표면에 최대한 가깝게 피펫의 플랫 팁을 주의깊게 위치시켜야 한다. 사용자가 피펫 및 플랫 팁으로 위치 정확도를 나타내도록 요구하는 것은, 챔버로부터 재료의 추출을 수행하는 데 필요한 시간을 증가시키거나 사용자가 플랫 팁을 위치시킬 때 정확하지 않은 경우 챔버에 과도한 양의 재료를 남길 수 있다. 결과적으로 어느 경우에나, 피펫은 챔버로부터 시약(또는 기타 재료)을 전부 끌어낼 수 없어서 바람직하지 않게 챔버에 재료의 잔류량을 남길 수 있다. 챔버에 남아있는 시약(또는 기타 재료)은 추가 헹굼 절차를 요구할 수 있어서 프로세스 성능에 영향을 미칠 수 있는데, 이는 프로세스의 후속 단계가 완료되기 전 프로세스의 비용 및 시간을 증가시킬 수 있다. 게다가, 챔버에 시약의 잔류량을 남기면 또한 프로세스의 후속 단계에서 반응을 억제하여 프로세스의 효율성을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 피펫은 카세트에 장착되거나 피페터 또는 피펫팅 디바이스의 일부로 사용될 수 있으며 챔버의 밀봉 재료를 관통한 후 챔버의 바닥 표면과 접촉할 수 있는 팁을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 팁은 피펫의 몸체의 나머지 부분과 일체화될 수 있지만, 다른 실시예에서, 팁은 피펫 몸체에 제거 가능하게 부착될 수 있는 별도의 부품일 수 있다. 챔버는 화학적 및/또는 생물학적 프로세스에 사용되는 재료(예컨대, 시약 또는 비드)를 저장하거나 수용할 수 있다. 피펫의 팁은 피펫의 단부에 개구가 있는 복수의 통로를 가질 수 있다. 개구는 팁의 외주를 따라 위치될 수 있다. 팁의 단부에 그리고 팁의 외주를 따라 개구를 배치하면, 팁이 챔버의 바닥 표면에 배치될 때 개구를 통해 챔버 내 재료의 (전부는 아닐지라도) 대부분을 피펫이 추출할 수 있도록 한다. 챔버의 바닥 표면에 본 발명의 피펫의 팁을 놓고 유지하며 챔버로부터 모든 재료를 추출할 수 있는 능력은, 챔버로부터 대부분의 재료를 추출하도록 사용자가 챔버에 피펫의 팁을 정확하게 위치시킬 필요성을 제거한다. 사용자는 챔버의 바닥 표면에 피펫의 팁을 놓고 유지할 수 있으며 재료를 수용하기 위한 피펫으로의 개구(또는 구멍)를 막을 염려 없이 재료를 추출할 수 있다. 게다가, 챔버의 바닥 표면에 팁을 배치함으로써, 피펫은 챔버에 추가 재료를 제공할 때 챔버 내 기존 재료를 교반할 수 있다. 예를 들어, 비드가 시약에 현탁되어 더 잘 분산되도록 통로를 통하여 챔버 내부로 시약이 유동하면 챔버 내부에 이미 위치한 비드를 교반하도록 작동할 수 있다. 통로의 크기 및 배치는, 챔버 내 이전 위치에서 비드를 교반하고 제공된 시약에서 비드를 현탁시키도록 통로로부터 유동이 챔버에서 난류를 발생시키도록 허용한다.

도 1은 유기 검체로부터 획득된 DNA 및/또는 RNA의 PCR 증폭과 같은 화학적 및/또는 생물학적 프로세스를 수행하기 위한 시스템(10)의 실시예를 도시한다. 시스템(10)은 화학적 및/또는 생물학적 프로세스, 예컨대 dam-PCR, 본원에 참조로 원용된, "다중 타겟의 증폭을 위한 이량체 회피 다중 중합효소 연쇄 반응"이라는 명칭의 국제 공개번호 WO 2018/165593에서 이미 설명한 기술 또는 arm-PCR, 본원에 참조로 또한 원용된, "다중 타겟의 증폭을 위한 앰플리콘 구조 다중 중합효소 연쇄 반응"이라는 명칭의 미국 특허 제7,999,092호에서 이미 설명한 기술의 수행을 가능하게 한다. 시스템(10)은 프로세서(12) 및 제어 요소(15)에 결합된 선택적 판독기(14)를 포함한다. 일 실시예에서, 제어 요소(15)는 데스크탑 컴퓨터 또는 랩탑 컴퓨터와 같은 컴퓨팅 디바이스를 포함하지만, 다른 실시예에서는 다른 유형의 제어 요소(15)가 가능하다. 제어 요소(15)는 프로세서(12) 및 판독기(14)의 작동을 제어하기 위해서 프로세서(12) 및 (사용되는 경우) 판독기(14)와 통신할 수 있다. 제어 요소(15)는 또한 (사용되는 경우) 판독기(14)로부터 검체의 증폭된 DNA를 나타내는 데이터를 수신하고 증폭된 DNA와 미리 정의된 데이터의 비교를 나타내는 출력을 생성할 수 있고, 이 비교는 검체를 진단하는 데 사용될 수 있다.

프로세서(12)는 유기 검체를 포함하는 자립형 카세트(17)를 수용하고, 카세트(17)와 결합하고, 카세트(17) 내 검체에 대해 프로세스가 수행되도록 카세트(17)를 조작할 수 있다. 예시적인 카세트는, 본원에 참조로 원용되는, "앰플리콘 구조 다중 PCR을 수행하기 위한 장치"라는 명칭의 미국 특허 제8,383,068호에 개시된다. 일 실시예에서, 프로세서(12)는 프로세서(12) 내 카세트(17)를 검출하고 카세트(17)에 대한 다양한 정보를 결정하기 위한 적어도 하나의 검출 요소(19)를 포함한다. 검출 요소(19)는 제어 요소(15)로 정보를 전송하고, 제어 요소(15)는 수신된 정보를 기반으로 프로세서(12)를 조작한다.

카세트(17)가 프로세서(12)에 의해 처리되고 카세트(17) 상의 마이크로어레이(미도시)의 이미지를 캡처한 후 (사용되는 경우) 판독기(14)는 카세트(17)를 수용할 수 있다. 마이크로어레이는 PCR 증폭에 의해 생성된 DNA의 검출을 나타낸다. 일 실시예에서, 마이크로어레이의 이미지는 디지털 이미지를 포함하지만, 다른 실시예에서 다른 유형의 이미지가 가능하다. 판독기(14)는 제어 요소(15)가 테스트 데이터를 분석할 수 있도록 테스트 데이터로서 이미지를 제어 요소(15)에 전송하고 테스트 데이터를 미리 정의된 데이터와 비교할 수 있다. 시스템(10)의 작동에 관한 부가적 정보는, 본원에 참조로 원용되는 "앰플리콘 구조 다중 중합효소 연쇄 반응(PCR)을 수행하기 위한 시스템 및 방법"이라는 명칭의 미국 특허 제10,345,320호에 개시된다.

도 2는 도 1의 프로세서(12)의 프로세서 모듈(40)의 실시예를 도시한다. 이 점과 관련하여, 프로세서(12)는 하나 이상의 프로세서 모듈(40)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서(12)는 하우징(미도시) 내에 나란히 위치된 4개의 프로세서 모듈(40)을 가질 수 있지만, 다른 실시예에서 임의의 수의 프로세서 모듈(40)이 이용될 수 있다. 프로세스와 연관된 기술이 카세트(17) 내 검체에 대해 수행되도록 각각의 프로세서 모듈(40)은 단일 카세트(17)를 수용하여 처리할 수 있다. 프로세서 모듈(40)은 카세트(17)를 받아들여 수용하기 위한 리셉터클(42)을 포함하고 카세트(17)는 모듈(40) 내에 위치된다. 모듈(40)은 또한 카세트(17)가 리셉터클(42) 내에 위치될 때 카세트(17)의 외부 표면에 위치한 식별자(미도시)를 검출하기 위해 리셉터클(42)에 인접하게 위치된 적어도 하나의 검출 요소(19)를 갖는다. 검출 요소(19)는, 제어 요소(15)가 카세트(17)로부터의 식별자를 프로세서 모듈(40)을 위한 대응하는 미리 정의된 설정 및/또는 명령에 매핑할 수 있도록 식별자를 검출하고 식별자를 제어 요소(15)로 전송한다.

프로세서 모듈(40)은 제어 요소(15)로부터 설정 및/또는 다른 제어 명령을 기반으로 프로세서 모듈(40)의 작동을 제어하는 온보드 제어 요소를 포함할 수 있다. 이 점과 관련하여, 온보드 제어 요소는 래치 모터(41; 도 3 참조), 캠 바 모터(43), 펌프 핀 모터(44), 리드 스크류 모터(45), 히터 조립체(46), 및 리프터 조립체(47)의 작동을 제어한다. 래치 모터(41)는 래치(미도시)의 작동을 제어하고 캠 바 모터(43)는 캠 바 샤프트(50)에 결합되어 캠 바 샤프트(50)의 회전을 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 캠 바 모터(43)는 모듈(40) 내 리셉터클(42) 뒤에 위치될 수 있다. 캠 바 샤프트(50)는 캠 바의 시계방향 및 반시계방향 회전을 제어하고 카세트(17) 내에서 수직 방향으로 위로 및/또는 아래로 피펫(미도시)의 운동을 조작하도록 리셉터클(42)의 후방 개구(미도시)로 수평으로 연장되고 카세트(17)의 캠 바(미도시)와 결합한다. 펌프 핀 모터(44)는 플런저(52)에 결합될 수 있고 플런저(52)의 측방향 운동을 제어한다. 펌프 핀 모터(44)는 모듈(40) 내 리셉터클(42) 뒤에 위치될 수 있고, 플런저(52)는 리셉터클(42)에서의 개구(미도시)를 통하여 리셉터클(42) 안으로 측방향 연장된다. 플런저(52)는 카세트(17)의 펌프 핀(또는 "푸시 로드")(미도시)과 결합될 수 있고 펌프 핀을 압축하는 플런저(52)로 인해 유체가 피펫으로 유입되거나 피펫으로부터 배출되도록 카세트(17) 내 피펫 펌프 조립체(미도시)를 작동한다.

또한, 리드 스크류 모터(45)는 리드 스크류 샤프트(53)에 회전 가능하게 결합될 수 있고 리드 스크류 샤프트(53)의 시계방향 및 반시계방향 회전을 제어한다. 일 실시예에서, 리드 스크류 모터(45)는 모듈(40) 내 리셉터클(42) 뒤에 위치될 수 있고, 리드 스크류 샤프트(53)는 리셉터클(42) 안으로 수평으로 연장될 수 있다. 리드 스크류 샤프트(53)는 카세트(17) 내에서 피펫의 측방향 운동을 제어하기 위해서 카세트(17)의 리드 스크류(미도시)와 결합한다. 이 점과 관련하여, 리드 스크류 샤프트(53)를 시계 방향으로 회전시키면 피펫이 카세트(17) 내에서 일 방향으로 측방향으로 이동하도록 리드 스크류가 시계 방향으로 회전하도록 하고, 리드 스크류 샤프트(53)를 반시계 방향으로 회전시키면 피펫이 카세트(17) 내에서 반대 방향으로 측방향으로 이동하도록 리드 스크류가 반시계 방향으로 회전하도록 한다. 카세트(17)의 캠 바, 펌프 핀, 및 리드 스크류를 제어하면 피펫이 카세트(17) 내 시약 챔버(미도시) 또는 샘플 챔버(미도시)로부터 유체를 제거하거나 카세트(17) 내 시약 챔버 또는 검출 챔버(미도시)로 유체를 주입하도록 모듈(40)이 카세트(17) 내 피펫을 조작할 수 있도록 한다.

히터 조립체(46)는 복수의 히터(55)를 포함한다. 일 실시예에서, 히터 조립체(46)는 모듈(40) 내 리셉터클(42) 바로 아래에 위치될 수 있다. 각각의 히터(55)는 히터(55)의 수직 위치를 조절하도록 수직 방향으로 이동할 수 있는 조절 가능한 베이스(56)에 위치된다. 게다가, 각각의 히터(55)는 카세트(17)의 바닥에 위치한 샘플 챔버 또는 검출 챔버를 수용하기 위한 리세스(미도시)를 갖는다. 히터 조립체(46)는 베이스 모터(57), 베이스 플레이트(58) 및 트랙(59)을 더 포함한다. 베이스 플레이트(58)는 각각의 조절 가능한 베이스(56)에 결합되고, 베이스 플레이트(58)는 트랙(59)을 따라 히터(55)의 수평 운동을 가능하게 하도록 트랙(59)과 슬라이딩 결합한다. 일 실시예에서, 모터(57)는 베이스 플레이트(58)의 (x-방향에 평행한) 수평 운동을 가능하게 하도록 베이스 플레이트(58)와 회전 가능하게 결합된다. 따라서, 히터(55)의 수평 위치를 조절하고자 할 때, 모터(57)는 베이스 플레이트(58)로 하여금 트랙(59)을 따라 원하는 거리만큼 수평으로 슬라이딩할 수 있게 한다.

모듈(40)은 히터 조립체(46) 아래에 위치한 리프터 조립체(47)를 더 포함한다. 리프터 조립체(47)는 적어도 하나의 캠(60) 및 적어도 하나의 센서(61)를 포함한다. 일 실시예에서, 조립체(47)는 2개의 캠(60) 및 2개의 센서(61)를 포함하지만, 다른 실시예에서는 다른 수의 캠(60) 및 센서(61)가 가능하다. 캠(60)은 히터(55)를 들어올려 카세트(17)의 샘플 챔버 또는 검출 챔버와 접촉시키도록 히터 베이스(56)를 회전시키고 접촉할 수 있다. 각각의 캠(60)에 대응하는 센서(61)는, 캠(60)이 홈 위치에 있는지 검출하여 이러한 검출을 모듈(40)의 온보드 제어 요소로 전송할 수 있다.

도 3에 도시된 대로, 캠 바 모터(43)는 벨트(66)를 통하여 풀리(65)에 결합될 수 있다. 풀리(65)는 캠 바 샤프트(50)의 외부 표면 둘레에 위치하여 결합된다. 캠 바 모터(43)는, 제어 요소(15)로부터의 미리 정의된 설정을 기반으로 캠 바 모터(43)의 작동을 제어할 수 있는 온보드 제어 요소에 결합될 수 있다. 캠 바 모터(43)가 회전할 때, 벨트(66)는 모터의 회전 방향으로 회전하여서 풀리(65)와 결합되어 캠 바 샤프트(50)가 동일한 방향으로 회전하도록 한다. 캠 바 샤프트(50)의 회전은 카세트(17) 내 피펫의 수직 위치를 조절하는 카세트의 캠 바의 회전을 유발한다. 일 실시예에서, 캠 바 샤프트 센서(67)는 캠 바 샤프트(50) 및 풀리(65) 뒤에 위치될 수 있고, 샤프트(50)가 센서(67)를 통하여 연장될 때 캠 바 샤프트 센서(67)는 캠 바 샤프트(50)를 검출할 수 있다. 카세트(17)의 삽입을 검출하고 처리를 위해 리셉터클(42) 내에 카세트(17)를 유지하도록 캠 바 샤프트(50)가 검출될 때 센서(67)는 온보드 제어 요소에 신호를 전송한다.

펌프 핀 모터(44)는 플런저(52)에 결합되고 플런저(52)의 수평 위치를 제어한다. 펌프 핀 모터(44)는 온보드 제어 요소에 결합되고, 온보드 제어 요소는 카세트(17) 내에서 프로세스를 수행하기 위해 플런저(52)를 조작하도록 펌프 핀 모터(44)의 작동을 제어한다. 리드 스크류 모터(45)는 리드 스크류 샤프트(53)의 외부 표면 둘레에 결합되는 풀리(도 3에 미도시)에 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 리드 스크류 모터(45)는 벨트(68)를 통하여 풀리에 결합된다. 리드 스크류 모터(45)가 회전할 때, 풀리와 리드 스크류 샤프트(53)가 동일한 방향으로 피봇 선회하도록 벨트(68)는 동일한 방향으로 회전하여 풀리와 맞물린다. 리드 스크류 샤프트(53)의 회전은 카세트(17)의 리드 스크류가 회전하도록 하여서 카세트(17) 내에서 피펫의 수평 위치를 조절하고 프로세스를 용이하게 한다. 모듈(40)은 풀리와 리드 스크류 샤프트(53) 뒤에 위치한 리드 스크류 샤프트 센서(69)를 더 포함한다. 센서(69)는, 샤프트(53)가 카세트(17)와 적절히 맞물리도록 보장하기 위해서 샤프트(53)를 검출하고 샤프트의 위치를 온보드 제어 요소에 알려줄 수 있다.

도 4 및 도 5는 카세트(17)의 예시적인 실시예를 보여준다. 캠 바(216)의 회전이 수직 방향으로 위로 및/또는 아래로 피펫(220)의 대응하는 운동을 유발하도록 카세트(17)는 회전 가능한 캠 바(216)에 작동 가능하게 연결될 수 있는 피펫(220)을 갖는다. 피펫 홀더(228)는 카세트 피펫(220)의 상하 운동을 지지 및 안내할 수 있다. 피펫 홀더(228)는 카세트(17)에 의해 지지되고 카세트 내에 슬라이딩 가능하게 위치될 수 있다. 리드 스크류(224)는 카세트(17) 내에 위치될 수 있고 피펫 홀더(228)에 작동 가능하게 연결될 수 있어서 리드 스크류(224)의 회전은 피펫 홀더(228)의 대응하는 측방향 운동을 발생시켜, 증폭/검출 프로세스의 각 스테이지에서 카세트의 베이스(204) 내 적절한 유체 웰 위에 피펫(220)이 위치하도록 허용한다.

카세트(17)의 베이스(204)는 적어도 하나의 샘플 챔버(242), 및 시약(미도시)을 담기 위한 적어도 하나의 시약 챔버(249)를 포함한다. 각각의 시약 챔버(249)는 동일하고, 유사하거나 다른 크기, 형상 및 깊이로 될 수 있고 카세트(17)의 베이스(204)에서 다양한 위치에 배열될 수 있다. 프로세스가 카세트(17) 내에서 진행됨에 따라 카세트 피펫(220)이 추출 및 2 단계, 2 단계 프라이머 세트 증폭에 필요한 시약을 수집할 수 있도록 원하는 시약(미도시)이 적절한 시약 챔버(249) 내에 배치된다. 시약 챔버(249)는 프리로딩되고 바람직하게 수송 전 밀봉될 수 있고, 밀봉 재료는 수송 및 저장 중 제 위치에 유지되지만 카세트 피펫(220)을 사용해 내용물을 회수할 수 있도록 시약 챔버(249)에 접근하도록 (또는 개방하도록) 카세트 피펫(220)의 하향 이동력에 의해 쉽게 구멍을 뚫릴 수 있는 재료이다. 개별적으로 또는 그룹으로, 시약 챔버(249)를 밀봉하기에 적절한 이러한 한 가지 재료는 얇은 알루미늄 포일 시트(미도시)이다. 실시예에서, 베이스(204)의 시약 챔버(249) 중 타겟 특이적 프라이머 및 공통의 비 타겟 특이적 프라이머를 각각 포함하는 2개의 시약 챔버(249)가 있을 수 있다. 프라이머는 제1 및 제2 증폭 반응을 위해 사용될 수 있고, 제1 증폭은 샘플 내에서 발견될 수 있는 다양한 타겟의 DNA 및/또는 RNA를 나타내는 앰플리콘을 제공하도록 타겟 특이적이고, 제2 증폭은 제1 증폭의 앰플리콘의 반정량적 비특이적 증폭을 허용하도록 공통 프라이머에 의해 프라이밍된다. 이런 2 단계 프로세스에서, 타겟 특이적 프라이머에 의해 프라이밍되는 제1 증폭은 특이성을 제공하는 반면, 공통 프라이머에 의해 프라이밍되는 제2 증폭은 감도를 증가시킨다.

또한, 카세트(17)의 베이스(204)에 2 단계 dam-PCR 프로토콜 동안 증폭될 수 있는 DNA의 검출을 위한 마이크로어레이(244)를 포함하는 검출 챔버(248)가 제공될 수 있다. 마이크로어레이는 본 기술분야에 공지되어 있고 타겟 특이적 마이크로어레이를 제조하기 위한 방법은 본 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있다.

카세트(17) 상단의 충전 포트(214)는 사용자가 카세트(17) 외부의 환경으로부터 샘플 챔버(242) 내부로 피펫(미도시)을 삽입할 수 있도록 허용한다. 투명한 플라스틱 창(미도시)은, 분석될 샘플(미도시)을 두기 위해서 카세트(17)로 삽입될 때 사용자가 사용자의 피펫 팁(미도시)을 볼 수 있도록 카세트(17)에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 투명 관찰 창은 카세트(17)의 온도 극치를 견디도록 구성된다. 대안적으로, 카세트(17)의 전체 인클로저는 투명 또는 반투명 플라스틱으로 형성되어 사용자가 카세트(17)의 내부 작동을 볼 수 있도록 한다.

일 실시예에서, 카세트의 상단에 위치한 충전 포트 캡(212)은 일회용 작동 캡일 수 있고, 이는 샘플 삽입 후 캡이 밀봉되면 그것은 다시 열릴 수 없어서, 시일의 온전함을 유지하고 시스템을 닫힌 상태로 유지하는 것을 의미한다. 다른 실시예에서, 슬라이딩 도어(210)는, 일단 샘플(미도시)이 카세트(17)로 도입되면, 슬라이딩 도어(210)는 슬라이딩하여 제 위치에 로킹될 수 있도록 이용될 수 있다. 충전 포트 캡(212)은 충전 포트(214)를 밀봉한다. 일 실시예에서, 충전 포트(214)는 충전 포트(214)를 통하여 샘플 챔버(242)로 20 ㎕ 피펫의 삽입을 허용하도록 0.3 인치의 최소 내경을 갖는다. 충전 포트(214)는 다른 실시예에서 더 크거나 더 작은 직경을 가질 수 있다.

수직 상하 방식으로 카세트 피펫(220)을 운동시키는 것은 캠 바(216)에 고정 결합된 기계적 인터페이스(218)에 의해 프로세서 모듈(40)에 연결되는 캠 바(216)에 의해 제공되어서, 카세트 피펫(220)의 운동이 프로세서 모듈(40)에 의해 제어될 수 있도록 허용한다. 일 실시예에서, 기계적 인터페이스(218)는 노브이지만, 그러나 다른 실시예에서는 다른 기계적 인터페이스가 사용될 수 있다.

카세트 피펫(220)은 피펫 홀더(228)에 의해 제 위치에서 지지되고 유지될 수 있다. 피펫 홀더(228)는 카세트(17)의 길이를 따라 슬라이딩 가능하게 수용될 수 있다. 피펫 홀더(228)는 카세트(17)의 측면에 성형될 수 있는 제1 및 제2 가이드레일(미도시)에 의해 카세트(17)의 동일한 측방향 평면을 따라 유지될 수 있다. 이러한 가이드레일은 서로 수직으로 평행하게 위치되고 카세트(17)의 단부 사이에 수평으로 위치될 수 있다. 피펫 홀더(228)는 리드 스크류(224)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 리드 스크류(224)는 리드 스크류(224)와 피펫 홀더(228) 사이에서 수형-암형 나사 페어링에 의해 피펫 홀더(228)에 나사 결합으로 수용될 수 있다. 기계적 인터페이스(240)는 리드 스크류(224)에 고정 연결되어서 시계방향 및 반시계방향 회전을 모두 허용한다. 기계적 인터페이스(240)의 회전은 리드 스크류(224)를 회전시키고, 피펫 홀더(228)는 리드 스크류(224)의 나사산을 따르고 카세트(17)의 길이를 따라 리드 스크류(224)를 따라 측방향으로 이동한다. 리드 스크류(224)의 회전 방향을 반전시키면 피펫 홀더(228)의 대응하는 반전 운동을 유발한다. 리드 스크류(224)의 회전 수와 회전 방향을 제어함으로써, 피펫은 베이스(204)에 위치한 시약 챔버(249) 또는 샘플 챔버(242) 중 어느 하나 위에 정확하게 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 기계적 인터페이스(240)는 노브이지만, 그러나 다른 실시예에서는 다른 유형의 기계적 인터페이스가 사용될 수 있다. 도 4 및 도 5의 카세트(17)는 예시적인 것이고, 다른 유형의 카세트가 다른 실시예에서 사용될 수 있다는 점이 이해된다.

도 6 및 도 7은 일 실시예에서 카세트(17) 내에서 피펫(220)으로 사용될 수 있는 피펫(300)의 실시예를 도시한다. 그러나, 피펫(300)은 다른 카세트에서 사용되거나 다른 실시예에서 독립형 디바이스로서 카세트 외부에서 사용될 수 있다. 피펫(330)은 컨테이너 사이에서 액체 및/또는 고체 상태 비드를 이송하는 데 사용될 수 있다. 피펫(300)은 제1 부분(310), 제2 부분(320) 및 제3 부분(330)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제3 부분(330)은 도 6에 도시된 대로 피펫(300)의 일체형 부분일 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 제3 부분(330)은 피펫(300)에 제거 가능하게 부착될 수 있는 별도의 팁으로서 구성될 수 있다.

제1 부분(310)은 장착 인터페이스(312), 펌프 인터페이스(314) 및 저장조(316)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 장착 인터페이스(312)는 피펫 홀더(228)에 피펫(300)을 장착하도록 피펫 홀더(예컨대, 피펫 홀더(228))의 대응하는 슬롯(미도시)으로 슬라이딩되어 맞물릴 수 있는 T형 브라켓을 포함할 수 있다. 일단 피펫(300)이 피펫 홀더(228)에 장착되면, 피펫(300)은 리드 스크류(224) 및/또는 캠 바(216)에 의해 피펫 홀더(228)의 운동을 통하여 카세트(17) 내에서 수직으로 및/또는 수평으로 이동될 수 있다. 펌프 인터페이스(314)는 펌프 인터페이스(314)에 결합되는 튜브(미도시)에 의해 피펫 펌프 조립체에 연결될 수 있다. 그 후, 피펫 펌프 조립체는, (1) 유체 또는 비드와 같은 기타 재료가 피펫(300)으로 유입되도록 피펫(300) 내에 진공을 형성하거나 (2) 유체 또는 비드와 같은 기타 재료가 피펫(300)으로부터 배출되도록 피펫(300) 내에 압력을 제공하도록 작동될 수 있다. 피펫(300) 내 저장조(316)는 액체 또는 다른 품목(예컨대, 비드)을 저장하는 데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 저장조(316)는 arm-PCR 또는 dam-PCR에 사용되는 액체 또는 다른 품목(예컨대, 비드)을 저장하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 저장조(316)는 시약 챔버(249)로부터 피펫(300)으로 유입된 후 샘플 챔버(242)로의 추후 분산을 위해 피펫(300)에 의해 샘플 챔버(242)로 운반되는 시약을 저장하는 데 사용될 수 있다.

제2 부분(320)은 제1 부분(310)을 제3 부분(330)에 연결하는 세장형 원추 형상을 가질 수 있다. 피펫(300)에 강성을 제공하기 위해서, 제2 부분(320)은 하나 이상의 핀(322)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 도 6 및 도 7에 도시된 대로, 핀(322)은 제2 부분(320)의 내부면과 외부면 둘 다에 위치될 수 있지만, 다른 실시예에서는 내부면 또는 외부면에만 위치될 수도 있다. 제2 부분(320)은 저장조(316)와 제3 부분(330) 사이에서 액체 유동을 위한 중심 채널(324)을 포함할 수 있다. 중심 채널(324)은 저장조(316)에서 제1의 더 큰 직경을 가지고 제3 부분(330)에서 제2의 더 작은 직경을 가지는 실질적으로 원형의 횡단면을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 중심 채널(324)은 타원형, 정사각형, 삼각형 또는 직사각형과 같은 다른 횡단면 형상을 가질 수 있다. 중심 채널(324)은, 중심 채널의 직경이 제1 직경과 제2 직경 사이에서 고정된 비율로 또는 다르게 감소되는 하나 이상의 테이퍼링된 단면을 가질 수 있다.

도 8은 피펫(300)의 실시예의 단면도를 보여준다. 도 8에 도시된 대로, 중심 채널(324)은 3개의 단면을 가질 수 있지만, 다른 실시예에서는 다른 개수의 단면도 가능하다. 중심 채널(324)의 제1 단면(325)은 실질적으로 일정한 직경을 갖는 원통형 형상을 가질 수 있지만, 일부 실시예에서는, 중심 채널(324)이 저장조(316)와 접할 수 있도록 더 큰 직경을 갖는 단차형 부분(328)을 포함할 수도 있다. 제1 단면(325)은 제2 단면(326)으로 천이할 수 있다. 제2 단면(326)은, 중심 채널(324)이 제1 부분(310)으로부터 멀어지게 이동함에 따라 중심 채널(324)에 대해 직경을 감소시키는 테이퍼를 갖는 원추형 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제2 단면(326)의 테이퍼는 약 12 도 내지 약 18 도일 수 있다. 제2 단면(326)은 제3 단면(327)으로 천이할 수 있다. 제3 단면(327)은, 중심 채널(324)의 길이방향 축을 따라 제1 부분(310)으로부터 멀어질 때 중심 채널(324)에 대해 직경을 감소시키는 테이퍼를 갖는 원추형 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제3 단면(327)의 테이퍼는 약 2 도 내지 약 4 도일 수 있다.

도 9 내지 도 11은 피펫(300)의 제3 부분(330)을 도시한다. 제3 부분(330)은 피펫(300)과 챔버 또는 웰 사이에서 액체를 이송하도록 팁 부분(332)을 포함할 수 있다. 팁 부분(332)은 중심 채널(324)과 유체 연통하는 중심 개구(334)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 팁 부분(332)의 중심 개구(334)는 실질적으로 원통형 형상을 가질 수 있지만, 다른 실시예에서는 다른 형상이 가능하다. 다른 실시예에서, 중심 개구(334)는 중심 채널(324)과 일체형일 수 있다. 중심 개구(334)(및 중심 채널(324)) 및 피펫(300)의 외측 (또는 피펫(300)의 외부) 영역 사이에서 재료의 유동을 제공하는 복수의 통로(336)가 중심 개구(334)로부터 반경 방향으로 연장된다. 일 실시예에서, 통로(336)는 실질적으로 정사각형 형상의 단면을 가질 수 있지만, 다른 실시예에서는 다른 단면 형상(예컨대, 직사각형 또는 원형)을 가질 수도 있다. 통로(336)는 피펫(300)과 챔버 또는 웰 사이에서 액체 및/또는 기타 재료(예컨대, 비드)의 이송을 허용하도록 크기가 정해질 수 있다. 일 실시예에서, 통로는 약 0.005 인치 내지 약 0.01 인치의 폭과 약 0.005 인치 내지 약 0.01 인치의 높이를 가질 수 있지만, 다른 실시예에서는 다른 치수도 가능하다.

도 9 내지 도 11의 실시예에 도시된 대로, 중심 개구(334)로부터 연장되는 4개의 통로(336)가 있을 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 중심 개구(334)로부터 연장되는 4개보다 많거나 적은 통로(336)가 있을 수 있다. 일 실시예에서, 통로(336)는 중심 개구(334) 주위에 균등하게 이격되거나 위치될 수 있다. 예를 들어, 도 9 내지 도 11에서, 통로(336) 쌍이 실질적으로 정렬되도록 통로는 약 90 도로 이격되어 위치될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 통로(336)는 중심 개구(334) 주위에 불균등하게 이격될 수 있다. 예를 들어, 통로(336)는 하나의 이웃한 통로(336)로부터 약 60 도로 이격되어 위치되고 다른 이웃한 통로(336)로부터 약 120 도로 이격되어 위치될 수 있다.

팁 부분(332)은 또한 통로(336)를 분리하고 통로(336)에 측벽을 제공하도록 대응하는 쐐기 부분(338)을 포함할 수 있다. 각각의 쐐기 부분(338)은, 피펫(300)이 챔버 또는 웰로 삽입될 때 챔버 또는 웰의 바닥 표면과 접촉할 수 있는 말단면(333)을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 쐐기 부분(338)의 말단면(333)은, 말단면(333)이 챔버 또는 웰의 바닥 표면과 접촉하게 이동할 때 챔버 또는 웰의 바닥 표면과 실질적으로 시일을 형성하는 형상을 가질 수 있다. 예로서, 쐐기 부분(338)과 각 쐐기 부분(338)의 주변 또는 적어도 에지를 따르는 바닥 표면 사이에 꼭 맞는 접촉이 이루어지도록 쐐기 부분(338)의 윤곽은 챔버 또는 웰의 바닥 표면의 윤곽에 대응할 수 있다. 일 실시예에서, 말단면(333)은 챔버 또는 웰의 실질적으로 평면형인 바닥 표면과 메이팅하도록 실질적으로 평면형일 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 말단면(333)은 챔버 또는 웰의 바닥 표면과 메이팅하도록 다른 형상(예컨대, 아치형)을 가질 수 있다.

쐐기 부분(338)과 챔버 또는 웰의 표면 사이의 영역을 실질적으로 밀봉하는 것은 통로(336)를 통과하는 재료의 유동에 대한 누출을 방지하는 데 도움이 된다는 점에 주목한다. 이러한 누출 방지는 통로(336) 내에서 더 높은 압력을 유지하는 데 일조하여서, 더 높은 유량 또는 흡입력을 유지하는 데 도움이 된다. 따라서, 통로(336)를 통하여 챔버 또는 웰로 재료를 배출할 때, 더 양호한 교반이 일어나도록 더 높은 유량이 달성될 수 있다. 챔버 또는 웰로부터 피펫으로 재료를 당길 때, 재료를 당기기 위한 더 높은 힘이 달성될 수 있다.

일 실시예에서, 통로(336)는 중심 채널(324)에서 액체 유동에 실질적으로 수직인 액체 유동을 제공할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 통로(336)에서 액체 유동은 중심 채널(324)에서 액체 유동에 대해 90 도 초과 또는 미만의 각도로 이루어질 수 있다. 다른 실시예에서, 팁 부분(332)의 주변을 따라 원통형 외벽에서의 통로 개구(335)를 통하여 모든 유체가 유동하도록 중심 개구(334) 및/또는 통로(336)를 폐쇄하거나 밀봉하는 일체형 표면을 형성하도록 각 쐐기 부분(338)의 말단면(333)이 연장될 수 있다. 추가 실시예에서, 원추형 분배기는 통로(336)와 중심 채널(324) 사이에서 액체 유동을 개선하도록 중심 개구(334)에 위치될 수 있다.

도 12 내지 도 14는 챔버 또는 웰(400)과 피펫(300)의 다양한 상호 작용을 보여준다. 일 실시예에서, 챔버 또는 웰(400)은 카세트(17)의 베이스(204)에 위치한 챔버 또는 웰에 대응할 수 있지만, 다른 실시예에서, 챔버 또는 웰(400)은 독립형 챔버 또는 웰이거나 다른 디바이스로 통합될 수 있다. 도 12는 챔버 또는 웰(400)을 위한 밀봉 재료(예컨대, 금속 포일)(402)를 관통하거나 구멍을 뚫는 피펫(300)의 제3 부분(330)의 팁 부분(332)을 보여준다. 예를 들어, 챔버 또는 웰(400)은 dam-PCR 또는 arm-PCR을 포함하지만 이에 제한되지 않는 프로세스의 단계 중 하나에서 사용되는 시약을 저장하는 시약 챔버일 수 있다. 밀봉 재료(402)를 관통한 후, 쐐기 부분(338)의 말단면(333) 전부 또는 대부분이 챔버 또는 웰(400)의 바닥 표면과 접촉하도록 팁 부분(332)은 도 13에 도시된 대로 챔버 또는 웰(400)의 바닥 표면과 접촉하게 이동될 수 있다.

일단 팁 부분(332)이 도 13에 도시된 대로 챔버(400)의 바닥 표면과 접촉하면, 피펫(300)은 챔버(400)로부터 액체(또는 기타 재료)를 추출하는 데 사용될 수 있다. 액체(또는 기타 재료)는 도 13의 화살표로 나타낸 것처럼 통로(336)를 통하여 중심 채널(324)로 유동할 수 있다. 챔버(400)의 바닥 표면과 접촉하게 팁 부분(332)을 위치시키면 챔버(400)에 저장된 액체(또는 기타 재료)의 실질적으로 전부를 피펫(300)이 추출할 수 있도록 허용한다.

도 14는 도 13에 도시된 구성과 유사한 챔버(400)의 바닥 표면과 접촉하는 팁 부분(332)을 보여준다. 그러나, 피펫(300)은 도 13에 도시된 대로 액체(또는 기타 재료)를 추출하지 않고, 대신에 액체(또는 기타 재료)를 챔버(400)에 제공(또는 배출)한다. 액체(또는 기타 재료)는 도 14에서 화살표로 나타낸 것처럼 중심 채널(324)과 통로(336)를 통하여 챔버(400)로 유동할 수 있다. 통로(336)의 크기 및 배치와 함께 챔버(400)의 바닥 표면과 접촉하게 팁 부분(332)을 위치시키는 것은 통로(336)로부터 액체의 유동이 챔버(400) 내에 난류를 발생시킬 수 있도록 허용한다. 비드(400)가 챔버(400) 안 액체 내에서 현탁될 수 있도록 챔버(400)에서의 난류의 발생은 챔버에 위치한 임의의 비드(404)를 교반할 수 있다. 예를 들어, 특정 프로세스 동안 단계의 완료 후에 챔버(400)의 바닥 표면 상에 복수의 비드(404)가 위치될 수 있다. 피펫(300)이 챔버(400)에 위치된 후, 도 14에 도시된 대로, 비드(404)가 챔버(400)에 제공되는 액체에서 현탁될 수 있도록 통로(336)를 통한 액체의 유동이 비드(404)를 이동시켜 교반할 수 있다.

피펫(300)은 일반적으로 카세트(17) 및/또는 시스템(10)에 대하여 설명되었지만, 피펫(300)이 임의의 카세트 또는 시스템과 함께 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 게다가, 피펫(300)은 카세트에 통합될 필요는 없고 프로세스의 단계를 수동으로 수행하기 위해서 개인에 의해 독립형 디바이스의 일부로 사용될 수 있다.

식별된 실시예는 단지 예로서 제공된다는 것을 이해해야 한다. 본 출원의 범위를 벗어나지 않으면서 실시예의 설계, 작동 조건 및 배열에서 다른 대체, 변경, 변화 및 생략이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 출원은 특정 실시예에 제한되지 않고, 그럼에도 불구하고 본 출원의 범위 내에 속하는 다양한 변경으로 확장된다. 또한, 본원에 사용된 어구 및 용어는 설명의 목적일 뿐이며 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다.

Claims (2)

1. 피펫으로서,
   제1 부분;
   상기 제1 부분에 결합된 제2 부분으로서, 제2 부분을 통한 재료의 유동을 허용하는 채널을 갖는 것인 제2 부분; 및
   상기 제2 부분에 결합된 제3 부분으로서, 상기 채널과 유체 연통하는 개구를 갖는 팁 부분 및 상기 개구로부터 반경 방향으로 연장되는 복수의 통로를 포함하고, 상기 복수의 통로는 상기 채널과 상기 피펫 외부 영역 사이에서 재료의 유동을 허용하도록 구성되는 것인 제3 부분
   을 포함하는 피펫.
2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 통로는 약 90 도로 이격된 4개의 통로를 포함하는 것인 피펫.

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