KR20220114600A - 유체를 수용하는 수용 유닛, 수용 유닛을 제조하는 방법 및 장치, 및 수용 유닛을 작동시키는 방법 및 장치, 및 수용 장치 - Google Patents

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다니엘 세바스찬 포드빌
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 유체를 수용하는 수용 유닛(105)에 관한 것이며, 상기 수용 유닛(105)은 수용 표면(130) 및 적어도 하나의 미세 공동(135)을 구비한 수용 요소(125)를 포함하고, 상기 미세 공동은 수용 요소(125) 내에서 수용 표면(130) 상에 배치되고 유체를 수용하도록 형성된다. 수용 표면(130)은 또한 적어도 하나의 미세 공동(135)에 인접한 적어도 하나의 부분 영역에 친수성 표면 특성을 갖는다.

Description

유체를 수용하는 수용 유닛, 수용 유닛을 제조하는 방법 및 장치, 및 수용 유닛을 작동시키는 방법 및 장치, 및 수용 장치
본 발명은 독립 청구항들의 전제부에 따른 유체를 수용하는 수용 유닛, 수용 유닛을 제조하는 방법 및 장치, 수용 유닛을 작동시키는 방법 및 장치, 및 수용 장치에 관한 것이다. 본 발명의 대상은 또한 컴퓨터 프로그램이다.
환자 샘플의 완전 자동화된 분석이 달성되는 미세 유체 분석 시스템, 소위 랩온칩(lab-on-chip)은 소위, 현장 진료(point-of-care)에서 분자 진단 테스트에 특히 적합하다. 복잡한 테스트들은 검사할 샘플에서의 상이한 표적들을 다루기 위해 몇몇의 서로 독립적인 검출 반응들의 수행을 종종 필요로 한다.
이러한 배경에서, 독립 청구항들에 따른 개선된 수용 유닛, 개선된 방법, 또한 상기 방법을 사용하는 개선된 장치들, 및 끝으로 상응하는 컴퓨터 프로그램이 여기에 제시된 접근 방식에 의해 제시된다. 종속 청구항들에 제시된 조치들에 의해 독립 청구항들에 제시된 장치의 바람직한 실시예들 및 개선들이 달성된다.
종래 기술에 비해, 여기에 제시된 접근 방식에 의해 미세 공동들 내에 건조 시약이 간단히 도입되어 미리 저장되는 것과 조합하여 미세 공동들이 더 안정적으로 충전될 수 있고, 유체, 예를 들어 샘플 액체로 미세 공동들이 제어 방식으로 충전될 때 미세 공동들 내에 미리 저장된 시약의 캐리오버의 위험이 방지된다. 또한, 유체로 채워진 미세 공동들에서 일어나는 반응들의 크로스토크(cross-talk)가 샘플 액체로 채워진 미세 공동들을 제 2 유체, 즉 적절한 밀봉 액체로 밀봉함으로써 방지되므로, 예를 들어 다양한 DNA 표적들을 검출하기 위해 미세 공동들에서 서로 독립적인 상이한 증폭 반응들이 수행된다.
유체를 수용하기 위한 수용 유닛이 제공되고, 상기 수용 유닛은 수용 표면과 적어도 하나의 미세 공동을 갖는 수용 요소를 포함하며, 상기 미세 공동은 수용 요소 내에서 수용 표면 상에 배치되고 유체를 수용하도록 형성되며, 상기 수용 표면은 적어도 하나의 미세 공동에 인접하는 상기 수용 표면의 적어도 부분 영역에서 친수성 표면 특성을 갖는다.
수용 유닛은 예를 들어 샘플을 테스트하도록 형성된 수용 장치에서 사용될 수 있다. 유체는 예를 들어 샘플 액체와 같은 액체로서 구현될 수 있다. 샘플 액체는 예를 들어, 체액, 도말, 분비물, 가래와 같은 생물학적 물질, 예를 들어 인간 본원, 조직 샘플 또는 샘플 재료가 부착된 장치로부터 얻어진 수용액일 수 있다. 샘플 액체는 예를 들어 박테리아, 바이러스, 세포, 순환 종양 세포, 무세포 DNA, 단백질 또는 기타 바이오마커 또는 특히 언급된 대상들로 이루어진 구성 성분들과 같은 의학적, 임상적, 진단적 또는 치료적 관련성의 종을 포함한다. 예를 들어, 샘플 액체는 예를 들어 등온 증폭 반응 또는 중합효소 연쇄 반응과 같은 분자 수준에서 예를 들어 DNA 검출을 위해 예를 들어 수용 요소에서 적어도 하나의 증폭 반응을 수행하기 위한 마스터 믹스 또는 그 구성 성분들이다. 수용 요소는 특히 그 수용 표면이 적어도 예를 들어 적어도 하나의 미세 공동에 인접한 부분 영역에서 친수성인 샘플 캐리어로서 형성된다. 수용 표면 내에 배치된 미세 공동은 예를 들어, 특히 서브밀리미터 범위의 치수를 가진 공동으로서 특징 지어지는 공동 또는 리세스라고도 할 수 있다. 따라서 미세 공동은 유체를 수용할 수 있도록 빈 공간을 가질 수 있다. 또한, 미세 공동은 예를 들어 등온 증폭 반응 또는 중합효소 연쇄 반응과 같은 분자 DNA 검출 반응을 그 안에서 수행하기 위해 불활성이고 높은 수준의 생체 적합성을 가진 표면 특성을 가질 수 있다. 장치의 기능에 있어서, 특히 미세 공동들 내에 주어진 수상을 혼합되지 않는 제 2 상으로 덮기 위해, 예를 들어 모세관힘 및 표면력이 중요하다. 이러한 기능은 거시적인 큰 공동에 있어서는 보장될 수 없다.
특히 바람직한 실시예에 따르면, 수용 유닛은 수용 요소 내에서 수용 표면 상에 배치될 수 있고 유체를 수용하도록 형성될 수 있는 다수의 추가 미세 공동들을 포함한다. 미세 공동 및 다수의 추가 미세 공동들은 수용 표면의 배치 영역, 특히 정사각형, 원형, 직사각형 또는 타원형 영역 내에, 특히 수용 표면의 가장자리에 대해 미리 정해진 거리로, 특히 육각형, 정사각형 또는 직사각형 구조 방식에 따라 배치되고, 특히 미세 공동과 다수의 추가 미세 공동들 사이에서 수용 표면은 친수성 표면 특성을 갖는다. 배치 영역의 외부 경계와 수용 표면의 가장자리, 즉 수용 유닛의 바깥쪽 가장자리 사이의 미리 정해진 거리에 의해 외부 영역, 소위 거리 영역은 자동 배치 기계(픽 앤 플레이스 로봇)가 수용 유닛의 기능과 특히 관련있는 미세 공동들의 배치 영역과 접촉하지 않고 거기서 표면 또는 미세 공동들의 오염을 야기하지 않으면서, 예를 들어 생산 중 자동 배치 기계(픽 앤 플레이스 로봇)를 이용해서 수용 유닛을 취급하는 데 사용될 수 있다. 육각형 구조 방식에 따라 미세 공동을 배치함으로써, 인접한 미세 공동들 간의 일정한 거리에서 미세 공동들의 특히 높은 면적 밀도가 달성될 수 있다. 미세 공동들을 정사각형 또는 직사각형 구조 방식으로 배치함으로써, 미세 공동들의 특히 용이한 할당 배치가 달성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 수용 유닛은 미세 공동들을 할당 배치하거나 또는 참조하는 역할을 하는, 수용 표면에 인접하는 추가 구조를 특히 공동들의 배치 영역 외부에서도 포함한다. 이는 어레이 스포팅 시스템, 예를 들어 압전 기반 미세 분배 시스템을 사용하여 미세 공동들 내로 시약을 표준화된 방식으로 도입하기 위한 또는 예를 들어 수용 유닛의 미세 공동들 내의 검출 반응들로부터 나오는 형광 신호들을 감지하는 광학 판독 장치에서 공동들을 할당 배치하기 위한 조정 표시이다. 상이한 시약들이 상이한 미세 공동들 내로 도입되거나 또는 미리 준비됨으로써, 예를 들어 상이한 검출 반응들이 미세 공동들에서 수행될 수 있는 것도 고려될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 미세 공동은 수용 표면에 대해 실질적으로 수직으로 배향되는 적어도 하나의 측벽을 가질 수 있다. 바람직하게는 미세 공동의 모든 측벽들은 또한 수용 표면에 대해 실질적으로 수직으로 배향될 수 있다. 이로써 예를 들어 특히 간단하게 수용 요소를 생산하는 것이 가능해진다. 실질적으로 수직으로 배향된 측벽(들)은 예를 들어 수용 표면에 대해 80° 내지 100°의 각도를 가질 수 있다. 바람직하게는, 이로써 미세 공동의 미리 정해진 적합한 종횡비와의 조합으로 및/또는 미세 공동 내로 도입된 첨가제의 사용하에서 예를 들어 충전 동안 미세 공동 내에 미리 저장된 시약의 캐리오버 또는 배출이 미세 공동 내에 미리 준비된 양의 10% 미만으로 감소될 수 있다. 특히, 예를 들어 DNA 표적 특이적 프라이머 및/또는 프로브는 적어도 하나의 특이적 검출 반응을 수행하기 위해 적어도 하나의 미세 공동 내에 미리 저장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 미세 공동은 적어도 하나의 미리 저장된 시약 및/또는 첨가제를 포함한다. "시약"은 미세 공동에서 특이적 반응을 수행하는 데 사용되는 물질을 의미한다. 반면에 "첨가제"는 일반적으로 다수의 공동들 내에 주어지고 미세 공동의 충전 및/또는 미리 저장된 시약의 적은 캐리오버를 달성하는 물질을 의미한다. 따라서 "첨가제"는 유체 기능에 특히 결정적인 반면 "시약"은 정확한 검출 반응에 특히 결정적이다. 바람직하게는, 미세 공동 내에 첨가제를 미리 저장함으로써 샘플 액체로 미세 공동을 습윤시키고 채우는 동안 미세 공동 내에, 특히 미세 공동의 바닥에 공기가 바람직하지 않게 포함되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 미리 저장된 시약에 의해, 소위 표적과 유체, 특히 샘플 액체 및 특히 샘플 액체의 특정 구성 성분들의 미리 정해진 바람직한 반응이 일어날 수 있으므로, 특정 특성의 존재에 대해 샘플 액체가 검사될 수 있다.
특히 바람직하게는, 수용 유닛은 적어도 2 개의 다양한 표적들을 검출하기 위해 적어도 2 개의 다양한 검출 반응들이 수행될 수 있는 다수의 미세 공동들을 포함한다. 이로써, 다수의 다양한 검출 반응들로 다수의 다양한 표적들을 처리하는 고다중 분자 진단 테스트가 수용 장치에서 실시될 수 있다. 바람직하게는, 특히, 미세 공동들 내의 개별 유체 파티션에서 싱글플렉스 형식으로 검출을 실시하기 위해(기하학적 다중화), 다중 성능이 감소된 검출 반응도 사용될 수 있다. 특히 바람직하게는, 한편으로는 높은 반응 속도를 가지고 다른 한편으로는 (예를 들어 바람직하지 않은 프라이머 및/또는 프로브 간의 상호 작용에 의한) 낮은 다중 호환성을 가질 수 있는 서로 독립적인 등온 DNA 검출 반응들이 미세 공동들에서 수행될 수 있다. 이로써, 싱글플렉스 형식의 등온 검출 반응을 사용하여 신속한 DNA 고다중 검사를 실시하기 위해 다수의 공동들을 가진 수용 유닛이 특히 바람직하게 사용될 수 있다. 특히, 샘플 분석의 감도를 높이기 위해 싱글플렉스 형식의 어레이 기반 검출 전에 특히 중합효소 연쇄 반응에 의해 다중 사전 증폭이 이루어진다. 특히, 수용 유닛에서 다수의 DNA 표적들의 다중 사전 증폭 및 싱글플렉스 검출을 위한 검출 시간은 60분 미만이고, 수용 유닛에서 다수의 DNA 표적들의 싱글플렉스 검출을 위한 검출 시간은 30분 미만이다.
요약하면, 본 발명에 따른 수용 유닛은 특히 제한된 다중화 능력을 가진 검출 반응의 사용하에서도 단일 장치에서의 다수의 상이한 표적들에 대한 샘플 액체의 매우 간단하고 신속한 검사를 가능하게 한다. 바람직하게는, 수용 유닛을 사용함으로써 다중 테스트들의 간단한 매칭, 즉 특히 다중 테스트에 검출 반응을 추가하는 것이 달성되며, 그 이유는 수용 유닛의 미세 공동들 내의 검출 반응들이 서로 독립적으로 이루어지므로 다수의 미세 공동들 내에 제공된 상이한 프라이머들과 프로브들 사이에서 상당한 상호 작용이 나타나지 않기 때문이다.
수용 표면은 적어도 부분적으로 실리콘 질화물 층 및/또는 실리콘 산화물 층 및/또는 실란 층으로서, 예를 들어 폴리에틸렌 글리콜 실란 층으로서 형성될 수 있다. 바람직하게는, 수용 표면의 친수성에 의해 적어도 하나의 미세 공동 내로의 유체의 침투가 달성되거나 또는 상당히 개선될 수 있으며, 이러한 유형의 수용 표면은 특히 기술적으로 간단하고 경제적이며 발달된 방법으로 제조될 수 있다. 또한, 미세 공동 내에 적어도 하나의 시약, 특히 첨가제를 사전에 저장하는 것과 조합하여 미세 공동 내로 유체를 개선된 방식으로 침투시킴으로써 및/또는 미세 다공을 친수성 코팅함으로써, 미세 유체 장치와 조합하여 수용 요소가 사용될 수 있으므로, 수용 유닛의 적어도 하나의 미세 공동 내로 유체가 완전 자동으로 도입될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 수용 요소 및/또는 수용 유닛은 실리콘 기판으로부터 형성될 수 있다. 실리콘 기판은 예를 들어 실리콘 웨이퍼로서 구현될 수 있다. 따라서, 이러한 기판은 이미 반도체 기술에 사용되므로 여기에 제시된 접근 방식의 생산에 반도체 기술의 제조 방법이 이용될 수 있기 때문에 예를 들어 생산에서의 재료 비용이 절감될 수 있다. 특히, 실리콘 웨이퍼를 가공함으로써 다수의 수용 유닛들이 병렬로 생산될 수 있다. 또한, 수용 유닛을 제조하기 위한 아래에 설명된 방법의 범주에서, 미세 공동들의 에칭과 동시에 설정 파괴점이 실리콘 기판 내로 도입될 수 있다. 이로써, 실리콘 기판을 기계적으로 파괴함으로써, 특히 간단하고 비용 효율적인 방식으로 실리콘 기판이 다수의 수용 유닛들로 분리될 수 있고, 따라서 비용 효율적인 방식으로 수용 유닛들이 제조될 수 있다. 또한, 실리콘을 수용 유닛을 위한 기판 재료로 사용함으로써, 실리콘이 높은 열전도율을 가지기 때문에 미세 공동들의 특히 균일하고 신속한 온도 제어가 달성될 수 있다. 따라서, 개별 검출 반응들의 높은 비교성 및 신속한 수행성이 얻어진다.
일 실시예에 따르면, 수용 유닛은, 수용 요소 내에서 수용 표면 상에 배치될 수 있고 유체를 수용하도록 형성될 수 있는 다수의 추가 미세 공동들을 포함할 수 있고, 다수의 추가 미세 공동들은 수용 표면의 추가 배치 영역, 특히 정사각형, 원형, 직사각형 또는 타원형 영역 내에, 특히 수용 표면의 가장 자리에 대해 미리 정해진 거리를 두고, 특히 육각형, 정사각형 또는 직사각형 구조 방식에 따라 배치될 수 있다. 배치 영역과 추가 배치 영역 사이에 미세 공동이 제공되지 않는 거리 영역이 배치될 수 있다. 이 경우, 예를 들어 개별 미세 공동들에 그 안에 미리 준비된 상이한 시약들이 제공되면, 다수의 미세 공동 그룹들이 다시 다중 테스트들을 실시하는데 사용될 수 있다. 바람직하게는, 예를 들어 다른 시약들이 예를 들어 다른 다수의 미세 공동들 내에 미리 저장됨으로써, 예를 들어 다수의 테스트들이 동시에 실시될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 거리 영역은 배치 영역의 인접한 미세 공동들의 최소 거리의 예를 들어 적어도 2 배에 또는 추가 배치 영역에 상응할 수 있는 폭을 가질 수 있다. 바람직하게는, 이로써 배치 영역들이 명확히 식별 가능하게 서로 구별될 수 있으므로 미세 공동의 개별 그룹들에 대한 평가가 용이해진다. 또한 거리 영역은 수용 유닛의 분리 후 칩을 처리하는 데 유용하다.
일 실시예에 따르면, 미세 공동들 또는 미세 공동의 그룹들은 상이한 치수 및/또는 상이한 체적을 가진다. 개별 미세 공동들, 즉 반응 구획들 내의 샘플 액체의 체적이 상이함으로써 다양한 크기의 구획에는 통계적 관점에서 볼 때 표적 단위, 예를 들어 DNA 복제본이 상이한 개수로 주어진다. 따라서, 상이한 검출 특성을 가진 특이적 검출 반응들을 사용하여 샘플 액체에서 상이한 표적들의 신뢰성 있는 검출이 달성될 수 있도록, 더 작은 반응 구획은 고감도의 검출 반응에, 더 큰 반응 구획은 저감도의 검출 반응에 사용될 수 있다. 이로써, 디지털 검출 방법론을 사용하여 더 넓은 범위의 정량화도 달성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 수용 표면은 적어도 하나의 미세 공동의 배치에 대해 미리 정의된 위치를 가질 수 있는 광학적으로 식별 가능한 특징부를 포함할 수 있으며, 특히 광학적으로 식별 가능한 특징부는 그 크기 및/또는 광학적 특성의 면에서 미리 정해진 특성을 가질 수 있다. 이로써, 바람직하게는 예를 들어 기준점이 표시될 수 있기 때문에 자동화된 가독성이 개선될 수 있다.
또한, 앞에 제시된 변형예들 중 하나의 변형예의 수용 유닛, 수용 유닛을 수용하기 위한 하우징, 수용 유닛의 적어도 하나의 미세 공동 내로 적어도 하나의 유체, 예를 들어 샘플 액체를 도입하고 선택적으로, 샘플 액체와 섞이지 않거나 또는 약간만 섞일 수 있고 수용 장치의 미세 공동들 내에 포함된 샘플 액체를 덮거나 밀봉할 수 있는 제 2 유체, 즉 밀봉 액체를 후속으로 도입하기 위한 챔버, 및 샘플 액체를 수용 유닛의 미세 공동들에 공급하고 그 후 미세 공동들을 밀봉 액체로 덮고 및/또는 환기시키고 및/또는 과잉 샘플 액체 및 밀봉 액체를 배출하도록 형성되는 적어도 하나의 채널을 포함하는 수용 장치가 제공된다.
하우징은 예를 들어 환경 영향으로부터 수용 유닛 및 샘플 액체를 보호하고 및/또는 반대로 샘플 액체에 의해 환경이 오염되는 것을 방지하도록 형성될 수 있다. 채널은 예를 들어 튜브형 또는 호스형으로 구현될 수 있고, 예를 들어 거의 직사각형 횡단면을 가질 수 있다. 수용 장치는 예를 들어 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 사이클로올레핀 공중합체(COP, COC), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리디메틸실록산(PDMS)과 같은 폴리머 재료 또는 폴리우레탄(TPU) 또는 스티렌 블록 공중합체(TPS)와 같은 열가소성 엘라스토머(TPE) 또는 폴리머 재료들의 조합으로부터 저렴하게 제조될 수 있고, 사출 성형, 열성형, 스탬핑과 같은 고처리량 방법에 의해 및/또는 레이저 방사선 용접과 같은 접합 기술을 사용해서 제조된다.
선택적으로, 수용 장치는 채널을 통해 적어도 하나의 유체, 예를 들어 샘플 액체 및/또는 밀봉 액체를 펌핑하도록 형성될 수 있는 펌핑 장치를 포함할 수 있다. 이로써, 바람직하게는 완전히 자동화된 미세 유체 처리가 달성될 수 있다. 펌핑 장치는 예를 들어 공압 인터페이스를 통해 처리 장치에 의해 제어될 수 있다. 펌핑 장치는 특히 수용 장치 내로 통합되고 수용 장치 내의 오목부들에서 양압 또는 음압의 적용에 의해 편향될 수 있는 탄성 멤브레인을 기반으로 하며, 샘플 액체 또는 밀봉 액체의 제어된 변위가 달성될 수 있다. 이로써 펌핑 챔버 및 밸브와 같은 미세 유체 요소들이 구현될 수 있다. 특히 연동 펌핑 메커니즘을 사용하여 펌핑 장치의 몇몇 요소들을 적절하게 순차적으로 작동시킴으로써 샘플 액체 및 밀봉 액체의 제어된 운송이 달성될 수 있다. 또한, 수용 장치는 특히 샘플의 투입을 위한 적어도 하나의 개구부 및 선택적으로 환기구 역할을 하는 다른 개구부를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 수용 장치는 액체 또는 고체 시약을 미리 저장하기 위한 다른 오목부들 및 수용 장치 내에서 시약을 처리하는 역할을 하는 미세 유체 네트워크를 포함한다.
이전에 제시된 변형예들 중 하나의 변형예의 수용 유닛을 제조하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 제공하는 단계 및 도입하는 단계를 포함한다. 제공하는 단계에서, 수용 요소의 수용 표면이 제공된다. 도입하는 단계에서, 수용 유닛을 제조하기 위해, 유체를 수용하도록 수용 표면 내로 적어도 하나의 미세 공동이 도입된다.
대안 또는 추가로, 도입하는 단계에서는 하위 단계에서 포토레지스트 층/포토레지스트가 적용될 수 있고 및/또는 리소그래피 하위 단계가 제공될 수 있고 그리고 미세 공동들(및/또는 다른 광학적으로 식별 가능한 특징부들)을 도입하기 위해 반응성 이온 딥 에칭(Bosch 프로세스)을 사용하여 구조화가 이루어진다. 과잉 재료가 제거되기 전에 포토레지스트는 예를 들어 회전될 수 있고 리소그래피 단계에서 노광될 수 있다. 적어도 하나의 미세 공동의 도입 후, 수용 요소는 예를 들어 과잉 포토레지스트가 제거될 수 있도록 처리될 수 있다. 대안 또는 추가로, 선택적 단계에서 수용 표면 및/또는 미세 공동들의 친수성 표면 특성을 형성하기 위해 수용 표면 및/또는 미세 공동들의 코팅도 이루어질 수 있다.
방법에서, 수용 표면 및/또는 미세 공동들의 표면 특성은 예를 들어 실리콘 질화물 표면 또는 실리콘 산화물 표면 및/또는 실란 층, 예를 들어 폴리에틸렌 글리콜 실란 층으로서 형성됨으로써 친수성이 되도록 선택적으로 변경될 수 있다. 대안 또는 추가로, 다른 선택적 단계에서 시약이 수용 유닛의 미세 공동(들) 내로 도입되면 특히 바람직하다. 선택적으로, 방법은 예를 들어 수용 요소가 분할될 수 있는 분할하는 단계를 포함할 수 있다. 특히 분할은 바람직하게는 미세 공동들의 도입과 함께 이루어지는 수용 요소의 수용 표면 내로의 설정 파괴점의 도입 및 후속하는 기계적 파괴에 의해 달성될 수 있다.
또한, 전술된 변형예들 중 하나의 변형예의 수용 유닛을 작동시키는 방법은 채우고 밀봉하는 단계, 수행하는 단계 및 평가하는 단계를 포함한다. 채우고 밀봉하는 단계에서, 적어도 하나의 미세 공동이 먼저 샘플 액체로 채워지고 그 후 제 2 유체인 밀봉 액체로 덮어지므로, 적어도 하나의 미세 공동 내에 유체 반응 구획으로서의 샘플 액체의 파티션이 주어진다. 밀봉 액체는 예를 들어 샘플 액체와의 바람직하지 않는 혼합을 방지하기 위해 낮은 수용해도를 가진 및/또는 예를 들어 장치의 열처리시 형성되는 기포의 높은 이동성, 즉 양호한 배출을 달성하기 위해 낮은 점도를 가진 및/또는 온도 제어시 발생하는 기생 열 손실을 가능한 한 낮게 유지하기 위해 낮은 열 전도도를 가진 및/또는 예를 들어 중합효소 연쇄 반응의 수행 동안 처리될 열 질량을 가능한 작게 유지하기 위해 작은 열용량을 가진 및/또는 샘플 액체에 대한 경계면을 안정화하기 위해 계면 활성제를 포함한 액체이다. 밀봉 액체는 예를 들어 플루오르화 탄화수소이다.
수행하는 단계에서, 반응 결과를 얻기 위해 적어도 하나의 미세 공동에서 적어도 하나의 반응이 수행된다. 적어도 하나의 반응을 수행하기 위해, 수용 요소 및 특히 적어도 하나의 미세 공동 내에 주어진 반응 구획은 반응, 예를 들어 등온 증폭 반응의 진행을 달성시키는 미리 정해진 온도를 가진다. 경우에 따라, 수행하는 단계에서 예를 들어 적어도 하나의 반응 구획에서 중합효소 연쇄 반응을 수행하기 위해 수용 장치의 열 순환이 이루어진다. 특히, 수행하는 단계에서, 반응의 진행이 유추될 수 있는 적어도 하나의 반응 구획으로부터 나오는 형광 신호도 감지된다.
평가하는 단계에서 반응 결과가 평가된다. 특히, 평가하는 단계는 수행하는 단계에서 감지된 형광 신호를 기초로 이루어진다. 바람직하게는, 반응 결과의 평가는 형광 신호 곡선에 기초하여 적어도 하나의 반응의 수행과 병행하여 이미 이루어지고 반응 결과가 충분한 정확도로 결정될 수 있는 즉시 반응의 수행이 중단된다.
특히 바람직하게는 여기에 제시된 방법의 실시예에서 미세 공동들에서 서로 독립적인, 특히 상이한 검출 반응들이 수행된다. 대안으로 또는 추가로, 샘플 재료의 다중 사전 증폭의 단계 및 싱글플렉스 어레이 형식의 표적의 후속 검출이 여기에 제시된 수용 유닛의 변형예에서 구현될 수 있다.
여기에 제시된 방법의 변형예가 예를 들어 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 또는 소프트웨어와 하드웨어의 혼합 형태로 예를 들어 제어 장치에서 구현될 수 있다.
여기에 제시된 접근 방식은 또한 상응하는 시스템에서 여기에 제시된 방법 들중 하나의 방법의 변형예의 단계들을 실시, 제어 또는 실행하도록 형성된 장치를 제공한다. 발명의 기초가 되는 과제는 장치 형태의 본 발명의 본 실시예 변형에 의해서도 신속하고 효율적으로 해결될 수 있다.
이를 위해, 장치는 신호 또는 데이터를 처리하기 위한 적어도 하나의 컴퓨팅 유닛, 신호 또는 데이터를 저장하기 위한 적어도 하나의 메모리 유닛, 센서로부터의 센서 신호를 판독하고 데이터 또는 제어 신호를 액추에이터로 출력하기 위한 센서 또는 액추에이터에 대한 적어도 하나의 인터페이스 및/또는 통신 프로토콜에 내장된 데이터를 판독하고 출력하기 위한 적어도 하나의 통신 인터페이스를 포함한다. 컴퓨팅 유닛은 예를 들어 신호 프로세서, 마이크로컨트롤러 등 일 수 있고, 메모리 유닛은 플래시 메모리, EEPROM 또는 자기 메모리 유닛일 수 있다. 통신 인터페이스는 무선 및/또는 유선으로 데이터를 판독하거나 출력하도록 형성될 수 있고, 유선 데이터를 판독하거나 출력할 수 있는 통신 인터페이스는 예를 들어 상응하는 데이터 전송 라인으로부터 이 데이터를 전기적 또는 광학적으로 판독할 수 있거나 또는 상응하는 데이터 전송 라인으로 출력할 수 있다.
여기에서 장치는 센서 신호를 처리하고 이에 따라 제어 신호 및/또는 데이터 신호를 출력하는 전기 장치를 의미한다. 장치는 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구성될 수 있는 인터페이스를 포함할 수 있다. 하드웨어로 형성되는 경우 인터페이스는 예를 들어 장치의 다양한 기능을 포함하는 소위 시스템 ASIC의 일부일 수 있다. 그러나 인터페이스가 별도의 집적 회로이거나 또는 적어도 부분적으로 개별 구성 요소들로 구성되는 것도 가능하다. 소프트웨어로 형성되는 경우 인터페이스는 예를 들어 다른 소프트웨어 모듈과 함께 마이크로컨트롤러 상에 제공되는 소프트웨어 모듈일 수 있다.
바람직한 실시예에서, 장치에 의해 수용 유닛을 작동시키는 방법의 제어가 이루어진다. 이를 위해 장치는 예를 들어 판독된 정보를 나타내는 판독 신호와 같은 센서 신호 및/또는 방법들 중 하나의 방법의 단계들을 제어하기 위해 제어 신호를 액세스할 수 있다. 제어는 판독 유닛, 평가 유닛 및/또는 제공 유닛과 같은 액추에이터에 의해 이루어진다.
반도체 메모리, 하드 디스크 메모리 또는 광학 메모리와 같은 기계 판독 가능한 캐리어 또는 저장 매체에 저장될 수 있고, 특히 프로그램 제품 또는 프로그램이 컴퓨터 또는 장치에서 실행될 때 전술된 실시예들 중 하나의 실시예에 따른 방법의 단계들을 실시, 실행 및/또는 제어하기 위해 사용되는 프로그램 코드를 가진 컴퓨터 프로그램 제품 또는 컴퓨터 프로그램도 바람직하다.
여기에 제시된 접근 방식의 실시예들이 도면들에 도시되고 다음 설명에서 더 자세히 설명된다.
도 1은 일 실시예에 따른 수용 장치의 개략적인 측면도를 도시하고;
도 2a는 일 실시예에 따른 수용 유닛의 개략적인 측면도를 도시하고;
도 2b는 일 실시예에 따른 수용 유닛의 개략적인 평면도를 도시하고;
도 3은 일 실시예에 따른 수용 유닛의 개략적인 측면도를 도시하고;
도 4는 일 실시예에 따른 수용 유닛의 가능한 제조 공정의 중간 제품들의 상이한 단계들의 개략도를 도시하고;
도 5는 일 실시예에 따른 수용 유닛을 제조하는 방법의 흐름도를 도시하고;
도 6a는 일 실시예에 따른 수용 유닛의 사시도를 도시하고;
도 6b는 다른 실시예에 따른 수용 유닛의 사시도를 도시하고;
도 7은 일 실시예에 따른 수용 유닛 내에서 얻어지는 중합효소 연쇄 반응의 반응 결과를 결정하는 과정을 설명하고;
도 8은 일 실시예에 따른 수용 유닛 내에서 얻어지는 캐리오버 테스트 후의 반응 결과를 도시하고;
도 9는 일 실시예에 따른 수용 유닛 내에서 얻어지는 다중 테스트들의 반응 결과를 결정하는 과정을 설명하고;
도 10은 일 실시예에 따른 수용 유닛을 동작시키는 방법의 흐름도를 도시하고;
도 11은 일 실시예에 따른 장치의 블록도를 도시한다.
본 발명의 바람직한 실시예들의 다음 설명에서, 상이한 도면들에 도시되고 유사하게 작용하는 요소들에는 동일하거나 또는 유사한 도면 부호들이 사용되고, 이들 요소들에 대한 반복적인 설명이 생략된다.
도 1은 일 실시예에 따른 수용 장치(100)의 개략적인 측면도를 도시한다. 수용 장치(100)는 유체를 수용 유닛(105) 내로 도입하도록, 및/또는 수용 표면(130) 상에서 그의 적어도 부분 영역들에서 및 특히 공동들의 배치 영역에서 그리고 특히 유체를 수용 유닛(105) 내로 도입한 후에, 수용 유닛(105)을 다른 유체, 소위 밀봉 액체로 덮도록 형성된다. 또한, 수용 장치(100)는 유체를 수용하기 위한 수용 유닛(105), 수용 유닛(105)을 수용하기 위한 하우징(110), 유체를 수용 유닛(105) 내로 도입하도록 형성된 챔버(115), 및 유체를 수용 유닛(105)에 공급하고 및/또는 수용 유닛(105)로부터 배출하고 및/또는 챔버(115) 및 미세 공동들(135, 150)을 환기시키도록 형성된 적어도 하나의 채널(120)을 포함한다. 선택적으로, 수용 장치(100)는 적어도 하나의 채널(120)을 통해 유체 및 경우에 따라 밀봉 액체를 펌핑하도록 형성된 펌핑 장치를 포함한다. 수용 유닛(105)은 친수성 표면 특성을 갖는 수용 표면(130)을 구비한 수용 요소(125), 및 수용 요소(125) 내에서 수용 표면(130) 상에 배치되고 유체를 수용하도록 형성된 적어도 하나의 미세 공동(135)을 포함한다.
본 실시예에 따르면, 수용 요소(125)는 예를 들어 실리콘 기판으로부터 형성된다. 수용 표면(130)은, 예를 들어, 적어도 부분적으로 실리콘 질화물 층, 실리콘 산화물 층 및/또는 실란 층, 예를 들어 폴리에틸렌 글리콜 실란 층으로서 형성되므로, 예를 들어 유체가 미세 공동(135) 내로 더 쉽게 침투하도록 한다. 본 실시예에 따르면, 미세 공동(135)은 수용 표면(130)에 대해 실질적으로 수직으로 정렬되는 측벽들(140)을 포함하고, 상기 측벽들은 수용 표면(130)에 대해 예를 들어 80°내지 100°의 각도(145)로 정렬된다. 대안 실시예에 따르면, 미세 공동(135)은 거의 원통형으로 형성된다. 또한 선택적으로, 본 실시예에 따른 수용 유닛(105)은 수용 요소(125) 내에서 수용 표면(130) 상에 배치되고 유체를 수용하도록 형성된 다수의 추가 미세 공동들(150)을 포함한다. 미세 공동(135) 및 다수의 추가 미세 공동들(150)은 여기에 도시되지 않은 수용 표면의 배치 영역, 특히 정사각형, 원형, 직사각형 또는 타원형 영역 내에, 특히 수용 표면의 가장자리에 대해 미리 정해진 거리로, 특히 육각형, 정사각형 또는 직사각형 구조 방식에 따라 배치되고, 특히 미세 공동(135)과 다수의 추가 미세 공동들 (150) 사이에서 수용 표면(130)이 친수성 표면 특성을 갖는다. 또한 선택적으로, 본 실시예에 따른 수용 유닛(105)은 적어도 하나의 미세 공동(130)의 배치에 대해 정의된 위치를 가지는 광학적으로 식별 가능한 특징부(155)를 포함한다. 이는 본 실시예에 따른 광학적으로 식별 가능한 특징부(155)가 크기 및 광학적 특성 면에서 미리 정해진 특성을 가지는 것을 의미한다.
다시 말하면, 미세 공동 어레이 칩, 즉 수용 유닛(105) 및 수용 유닛(105)을 제조하는 방법이 제시되고, 상기 수용 유닛은 샘플 액체라고도 하는 유체의 분주, 즉 수용 표면(130)을 샘플 액체로 적시고 수용 표면(130)을 밀봉 액체로 연속적으로 적심으로써 수용 유닛(105) 내의 미세 공동들(135, 150)을 샘플 액체로 충전하기 위한 것이고, 여기에서 샘플 액체는 수용 유닛의 미세 공동들(135, 150) 내에 적어도 부분적으로 남아있고, 또한 미세 공동들(135, 150) 내에 미리 저장된 특이적 시약을 각각 포함할 수 있는 앨리쿼트들, 즉 샘플 액체의 분주 후 미세 공동들(135, 150) 내에 존재하는 샘플 액체의 파티션들에서 서로 독립적인 반응들을 수행하기 위한 것이다. 따라서 여기에 제시된 접근 방식은 미세 공동들(135, 150)이라고도 하는 다수의 구획들에 샘플 액체를 분배하기 위한 장치, 및 미세 공동들(135, 150) 내에서 서로 독립적인 다수의 반응들이 수행되는 것에 관한 것이다. 특히, 유체의 분배 및 반응의 수행은 예를 들어 본 실시예에 따라 수용 장치(100)라고 하는 미세 유체 시스템에서 자동화된다.
따라서 여기에 기술된 접근 방식은 본 실시예에 따라 수용 유닛(105)에 의해, 예를 들어 미세 공동들(135, 150) 내에 건조된 시약을 간단한 도입 및 미리 저장하는 것을 가능게 하고, 유체가 미세 공동들(135, 150)로 통제되게 분배되는 동안 미리 저장된 시약이 캐리오버되는 것을 충분히 감소시키고, 다양한 미세 공동들(135, 150) 사이에서 반응들의 크로스토크가 거의 일어나지 않게 하고, 미세 공동들(135, 150) 내에서 유체의 (자동화 가능한) 미세 유체 분주를 달성시키고, 비용 경제적으로 제조될 수 있고 및/또는 수용 장치(100) 내로 통합될 수 있어 완전히 자동화된 미세 유체 처리가 달성되게 하는 해결책을 제시한다.
본 실시예에 따르면, 수용 장치(100)는 특히, 바람직하게는 미리 정해진 치수(160)를 갖는 챔버(115)를 포함하고, 상기 챔버는 유체를 미세 공동(135, 150) 내로 도입하기 위해 및/또는 유체와 섞이지 않는 제 2 유체로 미세 공동(135, 150)을 밀봉하기 위해 제공된다. 본 실시예에 따르면, 미세 유체 챔버(115)는 유체 또는 유체들을 수용 유닛(105)에 대해 제어되게 공급 및 배출하기 위해 제공되고 공급 및/또는 배출 채널이라고도 하는 적어도 하나의 채널(120)을 포함한다. 수용 장치(100)의 바람직한 실시예에서, 수용 장치(100)는 수용 유닛(105)의 완전 자동화된 미세 유체 처리를 달성하기 위해 여기에 도시되지 않은 채널 시스템 및/또는 도시되지 않은 펌핑 장치도 포함한다.
본 실시예에 따르면, 수용 유닛(105)은 기판 재료로 형성된 수용 요소(125) 상에 제공된 미세 공동들(135, 150)로 이루어진 배치를 포함하고 평평한 표면이라고도 하는 수용 표면(130)을 포함한다. 본 실시예에 따르면, 수용 표면(130)은 특히 미세 공동들(135, 150)의 바로 근처에서 친수성 습윤 특성을 가진다. 본 발명에 따라, 미세 공동들(135, 150)은 특히 거의 수직인 측벽들(140)을 특징으로 하고, 특히 수용 표면(130)은 미세 공동들(135, 150) 상에서 또는 이들의 개구부들 상에서 미세 공동들(135, 150)의 측벽들(140)에 대해 거의 90°의 각도(145)를 형성한다. 미세 공동들(135, 150) 내에는 시약 또는 첨가제라고도 하는 적어도 하나의 미리 저장된 물질이 선택적으로 놓여 있다. 미세 공동들(135, 150)은 선택적으로 거의 원통형 형상을 가지므로 수용 유닛(105)이 특히 쉽게 제조될 수 있다. 미세 공동들(135, 150)의 배치는 특히 정사각형, 육각형 또는 직사각형 구조 방식을 따르므로, 특히 어레이 스포팅 시스템, 특히 압전 기반 미세 분배 시스템을 사용하여 선택적으로 미세 공동들 내로 시약을 표준화된 방식으로 도입할 수 있다. 단지 선택적으로, 본 실시예에 따른 수용 표면(130)은 예를 들어 미세 공동들(20)로 이루어진 배치에 대해 정의된 위치를 가지고 크기 및 광학적 특성의 측면에서 적절한 특성을 가지는 광학적으로 식별 가능한 특징부(155)를 추가로 포함한다. 따라서 특징부(155)는 특히 어레이 스포팅 시스템의 카메라와 같은 광학적으로 민감한 장치에 의해 감지될 수 있고, 미세 공동들(135, 150)로 이루어진 배치 내로 시약을 정의된 방식으로, 완전 자동화로 도입하기 위해 사용될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 특히 미세 공동들(135, 150) 내에서 수행된 반응들이 광학적으로 평가되는 경우 특징부(155)는 미세 공동들(135, 150)의 상대적 위치 결정을 위해 사용될 수 있다.
요약하면, 여기에 제시된 접근 방식은 미세 공동들(135, 150)을 채우기 위해 적어도 부분 영역에서 유체와 접촉하는, 친수성 수용 표면(130)과 조합하여, 미세 공동들(135, 150)의 적어도 부분적으로 수직인 측벽들(140)을 기술하고, 상기 측벽들은 미세 공동들(135, 150) 내에서 상이한, 특이적 검출 반응들을 수행시키는, 미세 공동들(135, 150) 내에 미리 저장된 시약들 및/또는 예를 들어 미세 공동들(135, 150)의 습윤 및 완전한 충전을 보장하는 물질과 같은 적어도 하나의 미리 저장된 첨가제의 캐리오버를 방지하므로, 미세 공동들(135, 150) 내에 공기가 포함되지 않고 및/또는 미세 공동들(135, 150) 내에 전술한 미리 저장된 시약들의 캐리오버를 감소시키고 고정 바닥을 가진 미세 공동들(135, 150)이 사용되게 된다. 즉, 관통 구멍이 주어지지 않으므로 시약 및/또는 적어도 하나의 첨가제가 공동들(135, 150) 내에 쉽게 미리 저장된다.
본 실시예에 따르면, 여기에 제시된 접근 방식은 반응 구획들의 충전 및/또는 밀봉에 관한 미세 유체 기능에 더하여 구획들, 즉 미세 공동들(135, 150) 내에서 수행되는 반응들의 낮은 크로스토크를 보장한다. 또한, 여기에 제시된 접근 방식은 예를 들어 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 또는 친수성 실란 층, 특히 폴리에틸렌 글리콜 실란 층으로 이루어진 수용 표면(130), (예를 들어 건조된 첨가제로서의 폴리에틸렌 글리콜 및 건조 시약으로서의 분자 DNA 검출 반응을 위한 프라이머 및 프로브, 및/또는 친수성 표면으로서의 실리콘 산화물 층, 실리콘 질화물 층 또는 실란 층을 포함하는) 미세 공동들(135) 및 폴리머, 예를 들어 폴리카보네이트로 이루어진 예를 들어 플로우 셀의 습윤 특성을 제시한다.
대안으로서, 예를 들어 여기에 설명되지 않은 대안적 방법으로 제조된 구성 요소는 여기에 언급된 기능을 제공하는데 사용될 수도 있으나, 이 경우 수용 유닛(105)은 여기에 설명된 접근 방식에 따라 제조된 수용 유닛(105)보다 예를 들어 2 개의 리소그래피 단계를 가진 제조에 있어서 더 복잡하다.
선행 기술에 따르면 인접한 구획들 사이의 유체 크로스토크를 방지하거나 감소시키기 위해, 구획들 사이에 소수성 표면 특성을 가진 장치가 사용된다. 그러나, 이러한 장치는 소수성 상부면에 의해 기판 내의 구획들의 충전이 어렵게 되는 단점을 가진다. 특히, 선행 기술에 따르면 상부면이 소수성이고 구획들의 크기가 작은 경우, 예를 들어 구획들의 측면 치수/직경이 서브밀리미터 범위인 경우, 구획들을 수상으로 쉽게 채울 수 있도록 경사진 측벽들을 가진 공동들, 또는 관통 구멍들 또는 낮은 종횡비의 형태부들이 사용된다. 그러나 경사진 측벽들을 가진 공동들은 표면에 비해 체적이 비교적 작다. 이는 특히 반응의 광학적 평가시 고다중 증폭 반응에 있어서 바람직하지 않으며, 그 이유는 한편으로는 병렬로 진행되는 반응에서 가능한 높은 표면 밀도가 바람직하고 다른 한편으로는 구획들의 작은 체적으로 인해 상대적으로 약한 형광 신호만 생성되므로, 광학 평가시 신호 대 잡음비를 감소시키기 때문이다. 또한, 경사진 측벽들을 가진 공동들은 시약을 미리 저장하는 것을 어렵게 하는데, 그 이유는 샘플 액체로 구획들의 충전시 내부에서 형성되는 흐름 프로파일이 미리 저장된 시약을 바람직하지 않게 캐리오버시키기 때문이다. 또한 관통 구멍들은 시약이 관통 구멍들의 측벽들 상에서만 침착될 수 있기 때문에, 개별 반응 구획들 내에 시약을 도입하고 미리 저장하는 것을 어렵게 만드는 단점을 가진다.
도 2a는 일 실시예에 따른 수용 유닛(105)의 개략적인 측면도를 도시한다. 여기에 도시된 수용 유닛(105)은 도 1에 설명된 수용 유닛(105)에 대응하거나 또는 유사할 수 있다. 본 실시예에 따라 수용 유닛(105)은 미세 공동들(135) 내의 본 실시예에 따른 적어도 하나의 미리 저장된 시약(200)이 식별 가능한 정도로 확대되어 도시된다. 즉, 본 실시예에 따른 수용 유닛(105)이 적어도 하나의 미리 저장된 시약을 포함한다. 또한, 본 실시예에 따르면, 미세 공동들(135, 150)의 중심점과 인접한 미세 공들(135, 150)까지의 거리(205)는 광학적으로 식별 가능한 요소(155)의 중심점과 각각의 인접한 미세 공동(135, 150)의 중심점까지의 거리와 동일한 것이 분명히 도시된다.
즉, 건조된 시약(200)은 미세 공동들(135, 150) 내에 미리 저장되어, 미세 공동들(135, 150)로 유체를 분배하고 미세 공동들(135, 150) 내에서 다수의 독립적인 반응을 수행할 수 있는 수용 유닛(105)이 기술된다. 또한, 아래 도면들 중 하나의 도면에 기술되는, 수용 유닛(105)을 제조하는 방법이 제시된다. 특히, 수용 유닛(105)은 시약(200)을 미세 공동들(135, 150) 내로 확실하게 도입하도록 하고, 미세 공동들(135, 150)로 유체가 분배되는 동안 미세 공동들(135, 150) 내에 미리 저장된 시약(200)의 캐리오버를 충분히, 예를 들어, <10% 로 감소시키고, 적절한 밀봉 액체로 미세 공동들이 밀봉된 후 다양한 미세 공동들(135, 150) 사이에서 반응들의 매우 낮은(<1%) 크로스토크를 가지고, 미세 공동들(135, 150) 내의 유체의 자동화 가능한 미세 유체 분주를 달성시키고, 및 수용 장치(100)와 같은 미세 유체 시스템 내로 통합될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 수용 유닛(105)은 미세 유체 구획들을 형성하는 역할을 하는 미세 공동들(135, 150)을 포함한다. 미세 공동들(135, 150)은 특히 유체와 접촉하는 수용 유닛(105)의 측면에 대한 경계면 상에서 거의 수직인 측벽들을 포함하고, 특히 미리 저장된 시약들(200) 및 제한된 종횡비를 가지므로, 예를 들어 미세 공동들(135, 150)이 유체로 충전될 때 미세 공동들(135, 150) 내에 공기가 바람직하지 않게 포함되는 것이 방지되고, 미세 공동들(135, 150)이 유체로 완전히 채워질 수 있다. 이 실시예에 따르면, 유체와 접촉하고 이를 통해 미세 공동들(135, 150)이 채워지는 수용 유닛(105)의 수용 표면은 미세 공동들(135, 150) 내로 유체를 도입시키기 위해 특히 미세 공동들(135, 150)의 바로 근처에서 친수성 표면 특성을 갖는다. 수용 유닛(105)은 완전 자동화된 미세 유체 처리 및 경우에 따라 미세 공동들(135, 150) 내에서 반응을 수행할 수 있도록 도 1에 기술되었듯이 특히 바람직하게는 수용 장치의 일부일 수 있다. 본 실시예에 따라, 미세 공동들(135, 150)에 인접한 수용 유닛(105)의 수용 표면의 친수성 표면 특성, 미세 공동들(135, 150) 내의 시약(200) 및/또는 첨가제의 사전 저장 및 미세 공동들(135, 150)의 적절한 종횡비에 의해 적절히 처리된 유체로 확실하게 충전되는 것이 달성된다.
또한, 미세 공동들(135, 150)의 (거의) 수직 측벽들은, 예를 들어 적절한 첨가제와 조합하여, 유체로의 충전 동안, 미리 저장된 시약(200)의 캐리오버를 예를 들어 <10% 로 최소화할 수 있다. 이는 경사진 측벽들을 갖는 미세 공동들(135, 150)과 비교하면, 측벽들의 형상이 특히 형성되는 흐름 프로파일과 결합하여 일반적으로 미세 공동들(135, 150) 내에 미리 저장된 시약(200)의 더 큰 캐리오버를 야기하는 경우에 해당한다. 여기에 제시된 접근 방식은 미세 공동들(135, 150)을 채운 후 유체와 섞일 수 없는 적절한 제 2 유체로 미세 공동들(135, 150)을 밀봉함으로써 미세 공동들(135, 150)에서 화학적 반응이 수행되는 동안 인접한 반응 구획들 간의 크로스토크를 낮게, 예를 들어 <1% 로 달성시킨다. 이로써, 서로 독립적인, 공간적으로 분리된 반응들이 미세 공동들(135, 150)에서 수행될 수 있다. 예를 들어 적절한 표적 특이적 검출 시약이 미세 공동들(135, 150) 내에 미리 저장되면, 결과적인 기하학적 다중화로 인해, 유체가 다수의 다양한 표적에 대해 검사될 수 있다. 또한, 본 실시예에 따르면, 수용 장치에 의해 특히 바람직하게는 완전 자동화된 미세 유체 처리가 달성된다. 특히, 수용 유닛(105)을 처리하는데 사용되는 수용 장치는 폴리머 또는 폴리머 재료들의 조합으로부터 경제적으로 제조될 수 있다. 따라서, 수용 유닛(105)에 의해 제공되는 기능은 분자 실험실 진단에 사용될 수 있는 소형 랩온칩 시스템에서 구현된다.
도 2b는 일 실시예에 따른 수용 유닛(105)의 개략적인 평면도를 도시한다. 수용 유닛(105)은 육각형 구조 방식에 따라 원형 배치 영역(600)에 배치된 미세 공동들(135, 150)을 포함한다. 또한, 미세 공동들(135, 150)의 배치 영역(600)의 외부 경계(일점쇄선으로 표시)는 수용 유닛(105)의 수용 표면의 가장자리에 대해 미리 정해진 최소 거리를 가진다. 상기 가장자리 영역은 특히 자동 배치 기계(픽 앤 플레이스 로봇)로의 수용 유닛(105)의 취급을 용이하게 하므로 예를 들어 전술된 수용 장치(100)의 제조를 용이하게 하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 실시예의 수용 유닛(105)은 광학적으로 식별 가능한 특징부들(155), 또는 달리 표현하면 참조 표시부들을 포함하고, 이들은 예를 들어 미세 공동들(135, 150 및/또는)의 명확한 할당 배치 및/또는 상징적 명명을 위해 사용될 수 있고, 및/또는 예를 들어 광학 감지 시스템을 포함한 처리 장치 내에서의 수용 유닛(105)의 위치 결정을 위해, 예를 들어 미세 공동들(135, 150) 내로의 시약의 자동화된 도입을 위한 미세 분배 시스템 내에서의 위치 결정을 위해 및/또는 특히 형광 신호의 감지를 위한 광학 시스템에 의해 사용될 수 있고 예를 들어 미세 공동들(135, 150) 내의 생화학적 반응들의 형광 신호 곡선을 감지할 수 있는 예를 들어 처리 장치 내에서의 위치 결정을 위해 사용될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 수용 유닛(105)의 개략적인 측면도를 도시한다. 여기에 도시된 수용 유닛(105)은 도 1 또는 도 2에 기술된 수용 유닛(105)에 상응하거나 또는 유사할 수 있다. 유일한 차이점은 본 실시예에 따라 광학적으로 식별 가능한 요소가 도시되지 않을 정도로 확대된 도면인 점이다.
도 4는 일 실시예에 따른 수용 유닛(105)의 가능한 제조 공정(400)의 중간 제품의 상이한 단계들의 개략도를 도시한다. 수용 유닛(105)은 도 1 내지 도 3 중 하나에서 기술된 수용 유닛(105)에 상응하거나 또는 유사할 수 있으므로 도 1에 기술되듯이 수용 장치에도 사용될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 실리콘 웨이퍼라고도 하는 실리콘으로 이루어진 수용 요소(125)가 기판 재료의 역할을 한다. 먼저, 기판 재료 상에서 수용 표면(130) 상에 친수성 표면 특성이 형성된다. 본 실시예에 따르면, 이는 예를 들어 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및 폴리실리콘 그리고 금속들을 증착하는 방법, 즉, 저압 화학 기상 증착법(LPCVD; low pressure chemical vapor deposition)에 의해 실리콘 기판 상에 생성될 수 있는 특히 실리콘 질화물 표면이다. 특히, 본 실시예에 따르면, 예를 들어 50nm SiO2 및 140nm Si3N4로 이루어진 층 시스템은 실리콘 기판에 대한 양호한 연결을 가진 저응력 Si3N4 층을 제조하는 데 적합하다. 본 실시예에 따르면 실리콘 질화물은 특히 친수성 습윤성을 가지기 때문에 표면 코팅으로서 적합하다. 예를 들어, 헥사메틸디실라잔(HMDS)으로 전처리한 후, 실리콘 기판 내로 미세 공동들을 에칭하기 위한 마스크의 역할을 하는 포토레지스트(405)가 적용된다. 본 실시예에 따르면, 에칭될 구조의 정의를 위한 포토레지스트(405)의 노광(410) 후에 레지스트가 현상된다. 그 후, 본 실시예에 따르면, Si3N4 및 SiO2는 예를 들어 CF4 건식 에칭(415)에 의해 노출된 영역들(420) 상에서 제거된다. 미세 공동들(135, 150)은 예를 들어 반응성 이온 딥 에칭(425)에 의해 실리콘 기판 내로 도입된다. 바람직하게는 반응성 이온 딥 에칭(425)은 거의 수직인 측벽들을 가진 미세 구조의 제조에 공정 기술상 최적화된다. 나머지 포토레지스트(405)는 예를 들어 산소 플라즈마(430)에서의 처리에 의해 제거된다. 미세 공동들(135) 내로 하나 또는 다수의 시약(200)을 도입하는 것은 본 실시예에 따라, 예를 들어 압전 기반 미세 분배 시스템 또는 어레이 스포팅 시스템에 의해 이루어진다. 특히 바람직하게는, 이러한 제조 공정(400)은 웨이퍼 레벨에서 이루어질 수 있고, 이로써 수용 유닛(105)이 특히 비용 효율적이고 병렬화로 제조될 수 있다. 병렬화로 제조된 수용 유닛들(105)의 분리는, 특히 시약(200)이 미세 공동들(135) 내로 도입된 후, 예를 들어 소잉, 절단 또는 소위 마호 다이싱(Mahoh-Dicing)과 같은 레이저 기반의 다른 분리 방법에 의해 이루어질 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 수용 유닛을 제조하는 방법(500)의 흐름도를 도시한다. 도 4에 기술된 제조 공정(400)에 따르면, 도 1 내지 도 3에 기술되듯이, 여기에 제시된 방법(500)은 8 개의 하위 단계들(502)을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 방법(500)은 수용 표면을 제공하는 단계(505) 및 수용 유닛을 제조하기 위해, 유체를 수용하도록 수용 표면 내로 적어도 하나의 미세 공동을 도입하는 단계(510)를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 방법(500)의 단계들(505, 510) 및/또는 하위 단계(502)는 바람직한 실시예에서 생략될 수 있고 및/또는 다른 순서로 실시될 수 있다.
도 6a는 일 실시예에 따른 수용 유닛들(105)의 제조시 반제품의 사시도를 도시한다. 여기에 도시된 수용 유닛(105)은 도 1 내지 도 3 중 하나의 도면에 기술된 수용 유닛(105)에 상응하거나 또는 유사할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 유체를 수용하기 위해 다수의 추가 미세 공동들(150)이 형성된다. 본 실시예에 따르면, 미세 공동(135) 및 다수의 추가 미세 공동들(150)은 정사각형 구조 방식을 따르는 방식으로 거의 정사각형 배치 영역(600) 내에 배치된다. 수용 표면(130)은 특히 미세 공동(135)과 다수의 추가 미세 공동들(150) 사이에서 친수성 표면 특성을 갖는다.
본 실시예에 따르면, 수용 유닛(105)은 미세 공동(135) 및 다수의 추가 미세 공동들(150) 외에, 유체를 수용하도록 형성된 다른 다수의 미세 공동들(605)을 가지는 것도 분명히 도시된다. 본 실시예에 따르면, 다른 다수의 미세 공동들(605)은 정사각형, 직사각형 또는 육각형 형상을 형성하는 방식으로 추가 배치 영역(610) 내에 배치되고, 특히 미세 공동들(135, 150, 605)이 제공되지 않는 거리 영역(615)이 배치 영역(600)과 추가 배치 영역(610) 사이에 배치된다. 본 실시예에 따르면, 거리 영역(615)은 예를 들어 배치 영역(600)의 인접한 미세 공동들의 최소 거리의 적어도 2 배에 또는 추가 배치 영역(610)에 상응하는 폭을 갖는다.
즉, 본 실시예에 따르면, 미세 공동들(135, 150, 605)을 가진 처리된 실리콘 웨이퍼는 예를 들어 도 5에 기술된 수용 유닛(105)을 제조하는 방법의 실시 후에 제공된다.
도 6b는 기판의 분리 전 다수의 수용 유닛들을 생성하기 위한 설정 파괴점이 도입된 실리콘 기판의 사시도를 도시한다. 수용 유닛들은 육각형 구조 방식에 따라 (거의) 원형의 배치 영역 내에 배치된 미세 공동 및 다수의 추가 미세 공동들을 각각 포함한다. 또한, 수용 유닛들은 각각 예를 들어 미세 분배 시스템에 의한 미세 공동들 내로의 시약의 도입 및/또는 감지 장치 내에서의 수용 유닛의 위치 결정 및/또는 미세 공동들의 명확한 명명을 위한 광학적으로 식별 가능한 특징부를 포함한다.
도 7은 일 실시예에 따른 수용 유닛(105)에서 얻어진 중합효소 연쇄 반응의 반응 결과(700)를 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면을 도시한다. 이러한 반응 결과(700)는 이전에 제시된 도 1 내지 도 3 중 하나의 도면에 기술되듯이 수용 유닛(105)에서 얻어질 수 있다.
즉, 미세 공동당 10 개의 초기 복제본의 농도(25nl)를 가진 표적 유전자를 포함한 소위 PCR 마스터 믹스가 유체라고도 하는 샘플 액체로서 사용된다. PCR 마스터 믹스는 표적 유전자의 증폭을 나타내는 표적 특이적 TaqMan 형광 프로브(Cy3)를 추가로 포함한다.
도 7a는 중합효소 연쇄 반응을 수행하기 위한 온도 사이클링 동안 촬영된, 장치라고도 할 수 있는 수용 유닛(105)의 미세 공동들로 분배된 유체의 형광 현미경 사진을 개략적으로 나타낸다. 이미 상당한 양의 PCR 산물이 생성된 유체를 포함한 미세 공동들은 예를 들어 형광 프로브의 절단에 의해 밝게 보인다. 상당한 양의 PCR 산물이 없는 미세 공동들은 본 실시예에 따라 어둡게 보인다.
도 7b는 이러한 미세 공동 내의 중합효소 연쇄 반응의 진행으로 인한 S자형 증가를 가진 미세 공동 "F3"과 관련된 신호 곡선을 도시한다.
도 7c는 그래프에서 개별 미세 공동들의 정규화된 S자형으로 피팅된 증폭 곡선을 요약해서 도시한다. 본 실시예에 따르면, 96 개의 미세 공동들 중 89 개는 0.81 온도 사이클 표준 편차에서 S자형 신호 증가의 전환점에서의 PCR 사이클을 의미하는 31.53인 평균 ci 값에서 형광 신호의 증가를 나타낸다. 본 실시예에 따르면, 4 개의 미세 공동들은 50 온도 사이클 동안 형광 신호의 상당한 증가를 나타내지 않는다. 나머지 3 개의 미세 공동들은 45 보다 큰 온도 사이클의 ci 값에서 형광 신호의 증가를 가진다. 도 7d는 이를 ci 값의 히스토그램을 사용하여 나타낸다.
도 7e는 적절한 가색상으로 ci 값의 공간적 분포를 표현한 맵을 사용하여 이를 나타낸다. 도 7c, 도 7d, 도 7e를 참조하여, 대부분의 미세 공동들(92.71%)에서 30 내지 34 온도 사이클 사이의 ci 값 범위에서 증폭이 이루어지는 것이 분명해진다. 측정된 ci 값의 변동은 미세 공동들 내에 초기에 존재한 복제본 수의 통계적 변동에 부분적으로 기인할수 있다. 이항 분포에 기초하여, 미세 공동 당 평균 초기 복제본 수가 10 개의 복제본인 경우 전술된 약 4 PCR 사이클에 상응하게 미세 공동 당 약 2 개 내지 16 개의 초기 복제본 사이의 변동이 가정될 수 있다. 반면에 음의 공동의 수는 이항 분포를 기초로 한 공동들 내의 복제본 수의 통계적 변동에만 기인할 수 없다. 여기에는 검출 반응의 증폭 특성, 특히 감도, 검출 한계가 여기서 결정적인 역할을 한다. 음의 신호 곡선을 가진 미세 공동들은 미세 공동 내에 초기에 존재하는 복제본 수가 적으면 증폭이 항상 일어나지는 않는다는 것에 기인한다. 선택된 검출 반응의 감도가 이를 위해서는 너무 낮다. 추가 측정에서, 여기에 사용된 반응의 통계적 검출 한계는 미세 공동 당 약 2.5 개의 초기 복제본의 소위 검출 한계에서 결정되었다. 본 실시예에 따르면, 음의 신호 곡선을 갖는 미세 공동들은 인접한 미세 공동들 내의 증폭 반응의 진행 후에도 이들 내에서 PCR에 의해 생성된 복제본 수가 상당하지 않음을 보여준다. 결과적으로, 이러한 미세 공동들은 인접한 반응 구획들 사이의 크로스토크에 대한 지표로서 사용될 수 있다. 특히, 지연된 PCR이 진행되는 3 개의 미세 공동들은 잠재적으로 이와 관련이 있다. 본 실시예에 따르면, 10 PCR 사이클을 초과하는 S자형 증가의 지연은 복제본 수의 초기 통계적 변동에 기인할 수 없다. 오히려, 이들은 인접한 미세 공동들 내의 증폭 반응의 크로스토크에 의해 시작되었을 수 있는 지연 양성(delayed positive) 또는 위양성(false positive) 증폭 반응일 수 있다. 어레이가 음의 신호 곡선을 가진 미세 공동들을 포함한다는 사실 및 위양성 반응의 증가가 10 PCR 사이클의 지연에서만 발생한다는 사실에 기초하여, 본 실시예에 따르면 인접한 미세 공동들 내에서 수행되는 반응들 간의 크로스토크는 증폭 사이클 당 <
Figure pct00001
Figure pct00002
0.1% 인 것으로 추정된다. 따라서 실험은 예를 들어 다른 비교 가능한 테스트와 부합하게, 수용 유닛(105)이 미세 공동들이라고도 하는 인접한 반응 구획들 간의 상당한 크로스토크 없이 (기하학적으로) 다중 증폭 반응을 수행하는데 적합하다는 것을 보여준다.
도 8은 일 실시예에 따른 수용 유닛(105) 내에서 얻어진 캐리오버 테스트 후의 반응 결과(800)의 개략도를 도시한다. 이러한 반응 결과(800)는 이전에 제시된 도 1 내지 도 3 중 하나의 도면에서 기술되었듯이 수용 유닛(105)에서 얻어질 수 있다.
본 실시예에 따르면, 수용 유닛(105)의 소위 미세 유체 처리 동안, 즉 미세 공동들을 유체로 제어되게 충전하고 그 후 제 2 유체로 미세 공동들을 제어되게 밀봉할 때 나타날 수 있는 미세 공동들 내에 미리 저장된 시약의 캐리오버가 검사된다. 이를 위해, 본 실시예에 따르면, 체스판 같은 패턴의 형태로 표적 유전자의 복제본, 예를 들어 ABL 유전자가 미세 분배 시스템/어레이 스포팅 시스템에 의해 (거의) 모든 제 2 미세 공동들 내로 도입되었고, 예를 들어, 첨가제로서의 폴리에틸렌 글리콜(PEG)과 함께 건조된 형태로 미리 저장되었다(도 8a 참조).
도 8b는 온도 사이클링 동안 촬영된 형광 현미경 사진을 개략적으로 나타낸다. PCR 산물의 생성을 나타내는 형광 신호의 상당한 증가가 몇몇 미세 공동들에서 이미 식별된 후 촬영이 이루어졌다. 미리 저장된 템플릿 DNA가 없는 미세 공동들(도 8a에서 채워지지 않음)에서 보다 표적 유전자의 약 100 개의 템플릿 DNA 복제본이 미리 저장되어 있는 미세 공동들(도 8a에서 패턴식으로 채워짐)에서 더 강한 형광 신호가 관찰될 수 있다. 결과적으로 이는 선택적으로 증폭되고 이로써 미세 유체 처리 동안 미리 저장된 시약의 캐리오버가 작다는 것을 의미한다.
본 실시예에 따르면, 도 8c는 ci 값의 공간적 분포를 추가적으로 도시한다. 각각 100 개의 템플릿 DNA 복제본이 미리 저장된 미세 공동들에서 26.8 내지 28.8 온도 사이클 사이의 ci 값에서 신뢰할 수 있는 증폭이 관찰될 수 있다. 반면에 나머지 미세 공동들에서는 50 온도 사이클에서 증폭이 대체로 관찰되지 않는다. 8 개의 미세 공동들 내에서만 지연된 증폭이 4 온도 사이클보다 큰 지연으로 이루어진다. 결과적으로, 수용 유닛(105)의 미세 유체 처리 동안 발생하는, 수용 유닛(105)의 미세 공동들 내에 미리 저장된 시약의 캐리오버는 최대 약
Figure pct00003
=
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= 6.25% 로 정량화될 수 있다. 따라서 수용 유닛(105)은 프라이머 및 프로브와 같은 표적 특이적 시약이 미세 공동들 내에 미리 저장되는 다중 증폭 반응을 수행하는 데에도 적합하다.
도 9는 일 실시예에 따른 수용 유닛(105)에서 얻어진 다중 테스트의 반응 결과(900)를 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 이러한 반응 결과(900)는 이전에 제시된 도 1 내지 도 3 중 하나의 도면에서 기술되듯이 수용 유닛(105)에서 얻어질 수 있다. 본 실시예에 따르면, 프라이머 및 프로브가 미리 저장된 다중 테스트의 결과인 반응 결과(900)가 도시된다. 이를 위해, 본 실시예에 따르면, 2 개의 표적 유전자 "ABL " 및 "e13a2"를 처리하는 표적 특이적 프라이머 및 프로브가 수용 유닛(105)의 각각 12 개의 미세 공동들 내에 예를 들어, 첨가제로서의 폴리에틸렌 글리콜과 함께 건조된 형태로 미리 저장된다. 프로브는 도 9a에 도시되듯이 "Cy3" 및 "Cy5"에 상응하는 형광단을 가진다. 미세 공동 당 100 개의 ABL 템플릿 DNA 복제본, 예를 들어 25nl의 농도를 가진 PCR 마스터 믹스가 샘플 액체로서 입력되었고 처리되었다.
도 9b 및 도 9c는 열 사이클링 전후에 촬영된 2 개의 형광 사진들을 개략적으로 보여준다. 도시된 도면들은 각각 수평 패턴으로 도시된 형광단 Cy3 및 수직 패턴으로 도시된 형광단 Cy5에 상응하는 필터 세트들로 촬영된 2 개의 개별 형광 현미경 사진들로 구성된다. 미세 공동들 내에 미리 저장된 시약의 상당한 캐리오버 또는 인접한 미세 공동들에서 일어나는 반응들의 크로스토크가 사진들에 보이지 않는다. 프라이머와 프로브가 미리 저장된 미세 공동들만이 선명한 형광 신호를 가진다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 사진들은 미세 유체 처리 동안 작은 캐리오버 및 여기에 제시된 장치의 인접한 미세 공동들 사이의 무시할 수 있는 크로스토크에 관한 도 8에 기술된 이전 실험을 확인해 준다.
도 9d는 중합효소 연쇄 반응에 의해 샘플 액체에서 ABL 템플릿 DNA의 양성 검출을 나타내는 미세 공동 "G4"의 S자형 신호 곡선을 도시한다.
도 9e는 ci 값의 공간 분포 맵을 도시한다. ABL 표적 유전자에 대한 프라이머 및 프로브가 미리 저장된 정확히 12 개의 미세 공동들에서 27.3 내지 29.6의 범위의 ci 값에서 증폭을 관찰할 수 있다.
도 9f는 12 개의 미세 공동들의 정규화된 증폭 곡선을 가진 관련 그래프들을 도시한다. 요약하면, 측정은 분자 진단 증폭 방법을 사용하여 기하학적으로 고다중 샘플 분석을 실시하기 위한 수용 유닛(105)의 탁월한 적합성을 강조한다.
도 10은 실시예에 따른 수용 유닛을 작동시키는 방법(1000)의 흐름도를 도시한다. 방법(1000)은 도 1에 기술되듯이 예를 들어 수용 장치에 사용될 수 있다. 방법(1000)은 적어도 하나의 미세 공동을 유체 또는 예를 들어 상기 유체와 섞이지 않거나 또는 약간만 섞일 수 있는 제 2 (밀봉) 유체로 채우고 밀봉하는 단계(1005), 적어도 하나의 미세 공동 내에서 적어도 하나의 가능한 반응을 수행하는 단계(1010) 및 반응 결과를 평가하는 단계(1015)를 포함한다.
즉, 수용 유닛의 미세 공동이 유체로 채워진다. 그 후, 유체로 미리 채워진 미세 공동이 상기 유체와 섞이지 않거나 또는 아주 약간만 섞일 수 있는 제 2 (밀봉) 유체로 밀봉된다. 특히, 밀봉 액체라고도 하는 제 2 유체는 플루오르화 탄화수소이다. 또한, 본 실시예에 따르면, 독립적인 반응들, 특히 증폭 반응들, 예를 들어 중합효소 연쇄 반응 또는 등온 증폭 반응이 예를 들어 수용 유닛의 미세 공동들에서 적어도 하나의 표적 유전자를 검출하기 위해 수행된다. 경우에 따라 외부 영향, 예를 들어 열 도입 또는 열 배출에 의해 적절한 반응 조건이 생성된다. 특히 바람직한 실시예에서, 단계(1005), 단계(1010) 및 단계(1015)는 수용 장치를 처리하기 위해 제공되는 처리 유닛에서 자동화로 이루어진다.
일 실시예에 따르면, 방법(1000)의 단계들은 바람직한 실시예에서 생략되거나 및/또는 다른 순서로 실시될 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 장치(1100)의 블록도를 도시한다. 본 실시예에 따르면, 장치(1100)는 도 5 또는 도 10에 기술된 방법들 중 하나의 방법을 실시하거나 또는 제어하도록 형성된다. 장치(1100)는 예를 들어 판독 유닛(1110)에 의해 입력 신호(1105)를 판독하고 제공 유닛(1120)에 의해 제어 신호(1115)를 제공하도록 형성된다. 본 실시예에 따르면, 장치는 입력 신호(1105)에 의해 표현되는 정보를 평가하도록 형성된 평가 유닛(1125)을 선택적으로 포함한다.
일 실시예가 제 1 특징과 제 2 특징 사이에 접속어 "및/또는"을 포함하는 경우, 하나의 실시 형태에 따른 실시예가 제 1 특징 및 제 2 특징을 모두 포함하고 다른 실시 형태에 따라 제 1 특징만을 또는 제 2 특징만을 포함하는 것을 의미한다.
예시적인 사양은 다음과 같다:
수용 요소(125)의 두께:
100㎛ 내지 3000㎛, 바람직하게는 300㎛ 내지 1000㎛
수용 요소(125) 또는 수용 표면(130)의 측면 치수:
3mm x 3mm 내지 30mm x 30mm, 바람직하게는 5mm x 5mm 내지 15mm x 15mm
미세 공동(135) 및 추가 미세 공동들(150)의 수:
2 내지 2,000, 바람직하게는 50 내지 500
미세 공동(135)의 체적:
1nl 내지 100nl, 바람직하게는 5nl 내지 40nl
미세 공동(135)의 직경:
100㎛ 내지 500㎛, 바람직하게는 250㎛ 내지 400㎛
미세 공동(135)의 깊이:
100㎛ 내지 500㎛, 바람직하게는 200㎛ 내지 300㎛
미세 공동(135)의 종횡비 (깊이와 직경의 비율):
0.3 내지 1.0, 바람직하게는 0.6 내지 0.7
미세 공동(135)의 가장자리와 미세 공동(135)에 인접한 적어도 하나의 추가 미세 공동(150) 사이의 거리:
70㎛ 내지 300㎛, 바람직하게는 100㎛ 내지 200㎛
수용 표면(130) 상에서의 물의 접촉각:
<10°내지 75°, 바람직하게는 <10°내지 40°
미세 공동들(135, 150) 내에 미리 저장된 시약들:
표적 특이적 프라이머 및 프로브, 템플릿 DNA;
첨가제: 분자량이 예를 들어 6000 또는 2000 및 2 내지 5%(w/v) 용액 농도의 폴리에틸렌 글리콜(PEG)
유체(샘플 액체):
PCR 또는 등온 증폭 방법 또는 이들의 구성 요소와 같은 증폭 반응을 위한 마스터 믹스, 특히 미세 공동들(135, 150) 내에 주어진 프라이머 및/또는 프로브가 없는 마스터 믹스(135, 150).
제 2 유체(밀봉 액체):
3M Fluorinert FC-40, Fluorinert FC-70 또는 Novec 7500과 같은 플루오르화 탄화수소
직경 350㎛, 깊이 240㎛의 미세 공동들(135, 150)을 위한 수용 장치(100) 내의 수용 유닛(105)의 미세 공동들(135, 150)을 채우고 밀봉하기 위한 유량,
챔버(115)는 7mm x 7mm x 1mm(체적 ~50㎕)와 같은 적절한 다음과 같은 치수는 가진다:
5 내지 10㎕/s
105 수용 유닛
110 하우징
115 챔버
120 채널
125 수용 요소
130 수용 표면
135 미세 공동
140 측벽
150 추가 미세 공동
155 광학적으로 식별 가능한 특징부
500 수용 유닛을 제조하는 방법
505 제공하는 단계
510 도입하는 단계
700, 800, 900 반응 결과
1000 수용 유닛을 작동시키는 방법
1005 채우고 밀봉하는 단계
1010 수행하는 단계
1100 장치
1110, 1120, 1125 유닛

Claims (14)

  1. 유체를 수용하는 수용 유닛(105)으로서,
    - 수용 표면(130) 및 적어도 하나의 미세 공동(135)을 구비한 수용 요소(125)를 포함하고, 상기 미세 공동은 상기 수용 요소(130) 내에서 상기 수용 표면(130) 상에 배치되며 유체를 수용하도록 형성되고,
    상기 수용 표면(130)은 상기 적어도 하나의 미세 공동(135)에 인접한 적어도 하나의 부분 영역에서 친수성 표면 특성을 갖는, 수용 유닛(105).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 미세 공동(135)은 상기 수용 표면(130)에 실질적으로 수직으로 배향된 측벽(140)을 포함하는, 수용 유닛(105).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 수용 표면(130)은 적어도 부분적으로 실리콘 질화물 층 또는 실리콘 산화물 층 또는 실란 층으로서 형성되는, 수용 유닛(105).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 요소(125)는 실리콘 기판으로부터 형성되는, 수용 유닛(105).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 요소(125) 내에서 상기 수용 표면(130) 상에 배치되고 유체를 수용하도록 형성된 다수의 추가 미세 공동들(150)을 포함하고, 상기 미세 공동(135) 및 상기 다수의 추가 미세 공동들(150)이 배치 영역(600)에서 정사각형, 직사각형, 둥근형, 타원형, 원형 또는 육각형 형상으로 정렬되고, 특히 상기 미세 공동(135) 및 상기 다수의 추가 미세 공동들(150) 사이에서 상기 수용 표면(130)이 친수성 표면 특성을 갖는, 수용 유닛(105).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미세 공동(135)은 적어도 하나의 미리 저장된 시약(200) 및/또는 첨가제를 포함하는, 수용 유닛(105).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 표면(130)은 상기 적어도 하나의 미세 공동(135)의 배치에 대해 미리 정의된 위치를 가지는, 광학적으로 식별 가능한 특징부(155)를 포함하고, 특히 상기 광학적으로 식별 가능한 특징부(155)는 그 크기, 형상 및/또는 광학적 특성의 면에서 미리 정해진 특성을 갖는, 수용 유닛(105).
  8. 수용 장치(100)로서,
    - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 수용 유닛(105);
    - 상기 수용 유닛(105)을 수용하기 위한 하우징(110);
    - 상기 수용 유닛(105) 내로 유체를 도입하도록 형성된 챔버(115); 및
    - 상기 수용 유닛(105)에 유체를 공급하고 및/또는 상기 수용 유닛(105)으로부터 유체를 배출하도록 형성된 적어도 하나의 채널(120)을 포함하는, 수용 장치(100).
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 수용 유닛(105)을 제조하는 방법(500)으로서,
    - 상기 수용 요소(125)의 상기 수용 표면(130)을 제공하는 단계(505); 및
    - 상기 수용 유닛(105)을 제조하기 위해, 유체를 수용하도록 상기 수용 표면(130) 내로 상기 미세 공동(135)을 도입하는 단계(510)를 포함하는, 수용 유닛(105)을 제조하는 방법(500).
  10. 제 9 항에 있어서, 반응성 이온 딥 에칭 방법이 상기 도입하는 단계(510)에서 사용되는, 수용 유닛(105)을 제조하는 방법(500).
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 수용 유닛(105)을 작동시키는 방법(1000)으로서,
    - 상기 적어도 하나의 미세 공동(135)을 유체로 채우고, 채워진 상기 미세 공동(135)을 제 2 유체로 밀봉하는 단계(1005);
    - 상기 미세 공동(135)에서 적어도 하나의 반응을 달성시키고 반응 결과(700; 800; 900)를 얻기 위해 수행하는 단계(1010); 및
    - 상기 반응 결과(700; 800; 900)를 평가하는 단계(1015)를 포함하는, 수용 유닛(105)을 작동시키는 방법(1000).
  12. 제 11 항 또는 제 12 항에 따른 상기 방법들(500; 1000) 중 하나의 방법의 상기 단계들(505, 510; 1005, 1010, 1015)을 상응하는 유닛들(1110, 1125, 1120)에서 실시 및/또는 제어하도록 설계된 장치(1100).
  13. 제 9 항, 제 10 항 또는 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 상기 방법들 중 하나의 방법의 상기 단계들을 실시 및/또는 제어하도록 설계된 컴퓨터 프로그램.
  14. 제 13 항에 따른 상기 컴퓨터 프로그램이 저장된 기계 판독 가능한 저장 매체.
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