KR20230029687A - 마그네틱 비드를 사용하여 세척 단계 또는 이동 부품이 없는 결합 분석 - Google Patents

마그네틱 비드를 사용하여 세척 단계 또는 이동 부품이 없는 결합 분석 Download PDF

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KR20230029687A
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피트비트 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 결합 분석을 통해 생물학적 유체에서 표적 분석물의 현장 분석을 수행하기 위한 장치, 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명은 유체 샘플에 포함된 표적 분석물을 수집하고 분석을 수행하기 위한 카트리지를 포함한다. 카트리지는 제1 분리 층, 제2 분리 층 및 검출 멤브레인을 갖는 분석 스택을 포함한다. 카트리지는 또한 포획 분자와 마그네틱 비드를 포함하는 복수의 제1 복합체 및 검출 분자와 검출 라벨을 포함하는 복수의 제2 복합체를 포함한다. 또한, 검출 멤브레인은 표적 분석물이 존재하는 경우 정량화 가능한 반응을 도출하기 위해 검출 라벨과 상호작용하는 기질을 포함한다. 정량화 가능한 반응은 검출 멤브레인에 존재하는 검출 항체의 양에 대응하고, 검출 항체의 양은 존재하는 표적 분석물의 양에 대응한다.

Description

마그네틱 비드를 사용하여 세척 단계 또는 이동 부품이 없는 결합 분석
본 발명은 일반적으로 현장 진료(point-of-care)(POC) 테스트 시스템에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 임의의 세척 단계, 배양 단계 또는 이동 부품 없이 결합 분석을 수행하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
현장 진료(POC) 테스트는 환자가 치료를 받고 있는 시간과 장소에서 의료 진단 테스를 수행하는 것을 말한다. POC 테스트는 추가 분석을 위해 환자 샘플을 실험실로 보내는 전통적인 진단 테스트보다 유리하고, 이는 전통적인 진단 테스트의 결과를 몇 일 또는 몇 주가 아니더라도 몇 시간 동안 사용할 수 없어서 간병인이 중간에 적절한 치료 과정을 평가하기 어렵게 만들기 때문이다.
일반적으로, 혈액과 같은 생물학적 유체에서 특정 화학 분석물을 측정할 때, 면역 분석과 같은 결합 분석은 이러한 화학 분석물을 검출하기 위한 최적 표준(gold standard)이다. 그러나, 결합 분석은 일반적으로 여러 세척 단계와 여러 배양 단계가 필요하기 때문에 POC 진단에 거의 사용되지 않는다. 이는 POC 환경에서 적절하고 정확하게 결합 분석을 수행하는 복잡성으로 인해 결합 분석을 POC 테스트 시스템에 통합하기 어렵게 만든다.
예를 들어, 가정에서 사용하기 위한 POC 테스트 시스템을 설계하는 것은 특히 어렵고, 이는 이러한 시스템이 제한된 교육 또는 전혀 교육을 받지 않은 사람들에 의해 운영되는 경우가 많기 때문이다. 현재 시스템은 종종 사용자가 여러 분리된 부품의 여러 작업 단계를 따르도록 요구할 수 있으며, 사용자 도입 오류는 쉽게 부정확하거나 실패한 분석을 유발할 수 있다.
또한, 혈액 샘플에 대한 대부분의 POC 테스트 시스템에서, 테스트 결과를 제공하는 최종 화학 반응 전에 특정 샘플 준비 단계를 수행해야 한다. 이러한 샘플 준비 단계에는 분석에 따라 혈장 분리, 세포 용해, 배양, 세척 단계 등과 같은 복잡한 준비 단계가 포함될 수 있다. 이러한 복잡한 준비 단계를 완료하는데 필요한 시간은 혈액이 바람직하지 않은 응고를 겪는데 필요한 시간과 유사할 수 있으며, 이는 분석 결과에 오류가 추가로 발생시킨다. 이 문제를 해결하기 위한 많은 시도가 제안되거나 구현되었지만, 이러한 해결책은 필요한 배양 시간과 세척 단계를 생성하기 위해 복잡한 유체 또는 이동 부품을 사용하는 경우가 많으며 이러한 메커니즘은 비용, 실패율 및 복잡성을 증가시킨다.
따라서, 전술한 문제점을 해결하는 결합 분석을 사용하여 표적 분석물을 검출할 수 있는 POC 시스템을 갖는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 실시예들의 양태 및 이점은 이하의 설명에서 부분적으로 설명되거나, 설명으로부터 학습될 수 있거나 또는 실시예들의 실시를 통해 학습될 수 있다.
본 발명의 하나의 예시적인 양태는 생물학적 유체 샘플에 포함된 표적 분석물을 수집하고 표적 분석물에 대한 분석을 수행하기 위한 카트리지에 관한 것이다. 카트리지는 제1 분리 층을 갖는 분석 스택을 포함한다. 분석 스택은 또한 포획 분자 및 마그네틱 비드를 갖는 복수의 제1 복합체; 검출 분자 및 검출 라벨을 갖는 복수의 제2 복합체; 제2 분리 층; 및 검출 멤브레인을 포함한다. 검출 멤브레인은 표적 분석물이 존재하는 경우 정량화 가능한 반응을 도출하기 위해 검출 라벨과 상호작용하는 기질을 포함한다. 정량화 가능한 반응은 검출 멤브레인에 존재하는 검출 분자의 양에 대응하고, 검출 멤브레인에 존재하는 검출 분자의 양은 유체 샘플에 존재하는 표적 분석물의 양에 대응한다.
본 발명의 다른 양태는 카트리지 제조 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 특별한 순서 없이, 포획 분자와 마그네틱 비드를 포함하는 복수의 제1 복합체 및 검출 분자와 검출 라벨을 포함하는 복수의 제2 복합체를 제1 분리 층에 적용하는 단계; 복수의 제1 복합체 및 복수의 제2 복합체를 제1 분리 층 상에서 건조시키는 단계; 기질을 검출 멤브레인에 적용하는 단계; 기질을 검출 멤브레인 상에서 건조시키는 단계; 및 제1 분리 층과 검출 멤브레인 사이에 제2 분리 층을 위치시키는 단계를 포함한다. 또한, 기질은 검출 라벨과 상호작용하여 카트리지에 도입되는 유체 샘플에 표적 분석물이 존재하는 경우 정량화 가능한 반응을 도출하도록 구성되며, 정량화 가능한 반응은 검출 멤브레인에 존재하는 검출 분자의 양에 대응하고, 검출 멤브레인에 존재하는 검출 분자의 양은 유체 샘플에 존재하는 표적 분석물의 양에 대응한다.
본 발명의 다른 양태는 유체 샘플에 포함된 표적 분석물을 수집하고 표적 분석물에 대한 분석을 수행하기 위한 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 분석 스택을 포함하며, 분석 스택은 제1 분리 층; 포획 분자 및 마그네틱 비드를 포함하는 복수의 제1 복합체; 검출 분자 및 검출 라벨을 포함하는 복수의 제2 복합체; 제2 분리 층; 및 검출 멤브레인으로, 검출 멤브레인은 표적 분석물이 존재하는 경우 정량화 가능한 반응을 도출하기 위해 검출 라벨과 상호작용하는 기질을 포함하며, 정량화 가능한 반응은 검출 멤브레인에 존재하는 검출 분자의 양에 대응하고, 검출 멤브레인에 존재하는 검출 분자의 양은 유체 샘플에 존재하는 표적 분석물의 양에 대응하는, 검출 멤브레인; 및 제1 복합체 중 하나 및 제2 복합체 중 하나에 결합된 표적 분석물을 포함하는 제3 복합체를 제2 분리 층을 통해 검출 멤브레인으로 끌어당기는 전자석을 포함한다.
본 발명의 다른 양태는 분리된 유체 샘플에서 표적 분석물에 대한 분석을 수행하기 위한 제안된 카트리지의 인-비트로 용도에 관한 것이다.
본 발명의 다른 양태는 분리된 유체 샘플에서 표적 분석물에 대한 분석을 수행하기 위한 진단 방법에서의 카트리지의 용도에 관한 것이다.
본 발명의 다양한 실시예들의 이들 및 다른 특징, 양태 및 이점은 다음의 설명 및 첨부된 청구범위를 참조하여 더 잘 이해될 것이다. 본원 명세서에 포함되고 그 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 실시예들을 도시하고, 상세한 설명과 함께 관련 원리를 설명하는 역할을 한다.
당업자에 대한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조하는 명세서에 설명되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지 및 분석 판독기를 포함하는 시스템의 개략도이다.
도 2a 내지 도 2c는 시스템에서 사용되는 카트리지의 실시예를 도시한다.
도 3은 카트리지 내에 포함된 계량 스택의 다양한 층을 도시한다.
도 4는 카트리지 내에 포함된 분석 스택의 다양한 층을 도시한다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 분석 판독기의 길이방향 단면도이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지가 삽입된 분석 판독기의 길이방향 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 분석 판독기의 횡방향 단면도이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지가 삽입된 분석 판독기의 횡방향 단면도이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 분석 판독기의 센서 시스템의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 8a 내지 도 8f는 표적 분석물의 존재에 대해 분석될 유체를 카트리지에 도입한 후 면역 분석 프로세스의 다양한 단계 동안 계량 스택 및 분석 스택을 포함하는 카트리지를 도시한다.
도 9는 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 분석 시스템을 사용하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 하나의 예시적인 구현예에 따른 카트리지를 제조하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
복수의 도면에서 반복되는 도면부호는 다양한 구현예들에서 동일한 기능을 식별하기 위한 것이다.
이하에 개시된 임의의 카트리지 실시예 및 임의의 테스트 또는 분석 실시예를 포함하되 이에 제한되지 않는 본 출원에 개시된 임의의 배열 또는 실시예의 임의의 특징, 구성요소 또는 세부 사항은 본원 명세서에 개시된 임의의 배열 또는 실시예의 임의의 다른 특징, 구성요소 또는 세부사항과 상호 교환 가능하게 조합되어 새로운 배열 및 실시예를 형성할 수 있다.
일반적으로, 본 발명은 생물학적 유체 샘플에 포함된 표적 분석물의 신속한 POC 검출 및 면역 분석 또는 임의의 세척 단계 및 임의의 이동 부품을 필요로 하지 않는 기타 결합 유형 분석을 통한 표적 분석물의 후속 분석을 위한 장치 및 시스템에 관한 것이다. 결합 분석은 또한 일부 실시예들에서 임의의 배양 단계 없이 수행될 수 있다. 본 발명은 또한 유체 샘플에 존재하는 표적 분석물의 레벨을 정량화하기 위해 면역 분석 또는 다른 결합 유형 분석을 통해 유체 샘플을 분석하는 장치를 사용하기 위한 방법 및 시스템을 제공한다.
장치는 분석 스택을 포함하는 카트리지 형태일 수 있다. 분석 스택은 제1 분리 층, 제2 분리 층, 및 정량화 가능한 반응을 도출하기 위해 검출 라벨과 상호작용하는 기질을 포함하는 검출 멤브레인을 포함한다. 제2 분리 층은 제1 분리 층과 검출 멤브레인 사이에 배치될 수 있다. 각각 포획 분자와 마그네틱 비드를 포함하는 복수의 제1 복합체 및 각각 검출 분자와 검출 라벨을 포함하는 복수의 제2 복합체는 제1 분리 층 상에서 건조될 수 있으며, 여기서 포획 분자 및 검출 분자는 표적 분석물과 결합하는 능력에 따라 선택되는 것으로 이해된다. 유체 샘플이 제1 분리 층과 접촉하면, 유체 샘플에 존재하는 임의의 표적 분석물이 제1 복합체 및 제2 복합체와 결합하여 하나 이상의 제3 복합체를 형성하게 된다. 예시적 실시예에서, 전자석이 활성화되어 임의의 제3 복합체를 제2 분리 층을 통해 검출 멤브레인으로 끌어당기는 한편, 임의의 결합되지 않은 제2 복합체는 제2 분리 층에 남아있을 수 있다. 또한, 임의의 결합되지 않은 제1 복합체는 제2 분리 층을 통해 검출 멤브레인로 끌어당겨지는 것으로 이해해야 한다. 그러나, 이러한 결합되지 않은 제1 복합체는 표적 분석물, 검출 분자 또는 검출 라벨에 결합되지 않을 것이기 때문에, 검출 멤브레인에 결합되지 않은 제1 복합체의 존재는 결합 분석의 정확도에 영향을 미치지 않을 것이다. 그 후, 기질은 표적 분석물이 존재하는 경우 정량화 가능한 반응(예를 들어, 비색 반응, 형광 반응, 전기화학 반응 등)을 도출하기 위해 검출 라벨과 상호작용할 수 있다. 정량화 가능한 반응은 검출 멤브레인에 존재하는 검출 분자의 양에 대응할 수 있고, 검출 멤브레인에 존재하는 검출 분자의 양은 유체 샘플에 존재하는 표적 분석물의 양에 대응할 수 있다. 당업자에게 공지된 임의의 결합 분석은 샌드위치 분석, 경쟁 분석 또는 표지된-항원 분석과 같으나 이에 제한되지 않고 본 발명의 시스템 및 장치에서 이용될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 면역 분석이 하기 실시예들에 기재되어 있지만, 항체 이외에 다른 검출 및 포획 분자도 본 발명에 의해 고려된다.
제안된 해결책은 세척 및 배양 단계 없이 분리된 (생물학적) 유체 샘플의 인-비트로 분석이 가능한 소형 POC 테스트 시스템을 제공할 수 있으므로, POC 시스템에서 물리적 세척 또는 복잡한 이동 부품이 필요하지 않다. 이러한 맥락에서 제1 분리 층과 검출 멤브레인 사이에 샌드위치된 제2 분리 층을 포함하는 분석 스택으로 제안된 대로 구성된 카트리지는 비용 효율적이며 기존 POC 테스트 시스템에 비해 덜 복잡한 유체 샘플의 표적 분석물의 검출을 가능하게 한다. 유체 샘플에 존재하는 임의의 표적 분석물이 복수의 제1 복합체 및 복수의 제2 복합체에 결합하여 제3 복합체를 생성한 다음 제3 복합체는 분석 판독기의 전자석 활성화 시에 특정 시점에 분석 스택을 통해 끌어당겨질 수 있으므로, 제안된 분석 판독기와 조합하여 검출이 용이한 방식으로 자동화될 수 있다. 결과 신호(예를 들어, 색상 변화)를 기반으로 샘플 유체의 표적 분석물의 양을 정성적 또는 정량적으로 결정할 수 있는 검출 멤브레인에 기초하여 유체 샘플 내 표적 분석물의 존재에 대한 자동화된 평가도 가능하다.
또한 전자석이 활성화되지 않은 경우 제1 및 제2 복합체는 분석 스택을 통해 검출 멤브레인으로 이동하기 전에 유체 샘플의 표적 분석물과 상호 작용할 시간이 있고, 전자석이 활성화되면 검출 멤브레인을 통해 임의의 제3 복합체를 끌어당기는 것을 이해해야 한다. 이를 통해 유체 샘플 배양 시간을 정밀하게 제어할 수 있고, 다른 많은 분석 플랫폼에서는 이러한 정밀한 제어가 불가능하며 물리적 세척 단계에서는 훨씬 적다.
이제 도면을 참조하여, 본 발명의 예시적인 실시예들이 더 상세히 논의될 것이다. 먼저, 카트리지 및 분석 판독기의 구성요소가 논의될 것이고, 이어서 본 발명에 의해 고려되는 면역 분석을 수행하기 위해 사용되는 구성요소가 논의될 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른 POC 테스트 시스템을 도시한다. POC 테스트 시스템은 카트리지(100) 및 분석 판독기(110)를 포함한다. 본원 명세서에 기술된 바와 같이, 카트리지(100)는 잠재적으로 표적 분석물을 포함할 수 있는 생물학적 샘플을 수집하는데 사용된다. 수집 프로세스는 또한 카트리지(100) 내에서 표적 분석물을 분배한다. 표적 분석물이 카트리지(100)에 수집된 후, 사용자는 카트리지(100)를 분석 판독기(110)에 삽입한다. 본원 명세서에 기술된 바와 같이, 카트리지(100)를 분석 판독기(110)에 삽입하는 동작은 카트리지(100)의 압축을 초래하여 표적 분석물이 복수의 분석 패드에 분배되도록 한다. 이러한 방식으로, 카트리지(100)를 분석 판독기(110)에 삽입하는 동작은 표적 분석물의 내용물에 관한 정보를 제공하는 하나 이상의 분석 반응을 시작한다. 그러나, 압축을 필요로 하지 않는 다른 삽입 접근법이 고려된다는 것도 이해되어야 한다. 또한, 표적 샘플의 내용물을 결정하기 위해 다중 분석이 이용될 수 있지만, 각각의 분석은 일반적으로 하나의 특정 표적 분석물에 대해 특이적이라는 것을 이해해야 한다. 본원 명세서에 기술된 바와 같이, 분석 판독기(110)에는 카트리지(100)의 하나 이상의 분석 패드에서 발생하는 하나 이상의 분석 반응의 결과를 검출하는데 사용되는 검출 시스템이 장착되어 있다. 검출 시스템은 특별히 제한되지 않으며, 분석 반응의 결과로 측정 가능한 신호 변화를 일으키는 검출 시스템일 수 있다. 적합한 검출 시스템의 비-제한적인 예는 본원 명세서에 기재된 바와 같은 비색, 형광, 전기화학적 및 광학 검출 시스템 및 당업자에 의해 이해될 임의의 다른 검출 시스템을 포함한다.
도 2a는 카트리지(200) 형태의 카트리지(100) 실시예의 상부 사시도이다. 도 2a에서, 카트리지(200)는 핸들(202)에 부착된 하우징(201)을 포함한다. 일반적으로, 카트리지(200)는 사용자가 다루기 쉽고 카트리지(200) 내에 수용된 분석 구성요소 및 미세 유체 분배 시스템을 위한 보호 쉘을 제공하도록 설계된다. 일반적으로, 하우징(201) 및 핸들(202)에 적합한 재료는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 의료 장치 제조 분야에서 알려진 다른 중합체 수지 또는 화합물과 같은 폴리올레핀 화합물을 포함한다. 샘플을 수집하는 동안 카트리지(200)는 유체 샘플(예를 들어, 혈액)의 표적 분석물과 접촉하게 된다. 표적 분석물은 채널(203) 내로 그리고 모세관 작용에 의해 채널 개구(204)를 통해 끌어당겨진다. 일부 실시예들에서, 채널(203)은 채널(203)을 따라 위치된 복수의 수용 챔버(205)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 각각의 수용 챔버는 2개의 통기 구멍 사이에 위치하며, 이는 채널의 표적 분석물을 분석 스택의 분석 패드로 흐르는 다중 앨리쿼트(aliquot)로 분할하는 것을 용이하게 한다. 채널 개구(204)가 통기 구멍으로서 기능할 수 있고 인접한 수용 챔버가 그들 사이에서 공통 통기 구멍을 공유할 수 있다는 것을 인식해야 한다. 본원 명세서에 기술된 다공성 또는 메쉬 재료와 조합된 통기 구멍은 표적 분석물이 수용 챔버로 끌어당겨질 때 원하지 않는 기포 형성을 방지한다. 도 2b는 카트리지(200)의 실시예의 저면도이다. 도 2b에서, 하우징(201)의 하부 부분은 채널 개구(204)와 정렬된 복수의 분석 검출 포트(206)를 포함한다. 분석 검출 포트(206)는 예를 들어, 본원 명세서에 기술된 광학 검출 방법에 의해 분석 결과가 조사될 수 있게 한다. 또한, 하우징(201)의 하부 부분은 복수의 구멍(207)을 포함할 수 있으며, 이는 상응하는 구성으로 배치된 분석 구성요소 및 미세 유체 채널과 함께 사용될 수 있는 추가적인 분석 검출 포트이다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지(200)의 구성요소의 분해도이다. 도 2c에서, 카트리지(200)의 외부 쉘은 핸들(202), 하부 하우징 부분(227) 및 슬롯(228)이 구비된 캡(223)을 포함한다. 하부 하우징 부분(227)은 일 측이 개방된 직육면체 형상 인클로저일 수 있다. 하부 하우징 부분(227)의 인클로저 형상은 내부 챔버 내의 구성요소를 보호하고, 시스템의 우발적인 작동을 방지할 수 있다. 캡(223)은 하부 하우징 부분(227)의 개방 측에 끼워질 수 있고, 하부 하우징 부분(227)의 개방 측에 대응하는 형상 및 크기를 갖는다. 하우징의 하부 하우징 부분(227)과 캡(223)이 함께 조립될 때, 내부 챔버는 내부 챔버 내에서 카트리지의 다른 구성요소를 둘러싸기 위해 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 캡(223) 및 하부 하우징 부분(227)은 내부 챔버를 갖는 인클로저를 형성하지 않고, 본원 명세서에 기술된 계량 스택의 상부 및 분석 스택의 하부에 위치된 강성 구조일 수 있다.
바람직한 실시예들에서, 하부 하우징 부분(227) 및 캡(223)은 카트리지(200)에 강성 구조를 제공하는 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하부 하우징 부분(227) 및 캡(223)은 본원 명세서에 기술된 바와 같이 플라스틱 재료일 수 있다. 하부 하우징 부분(227) 및 캡(223)은 서로에 대해 이동 가능하거나 이동 불가능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 카트리지(200)가 분석 판독기에 삽입될 때, 내부 챔버 내의 구성요소는 수집된 표적 분석물의 적어도 일부가 복수의 분석 구성요소로 전달되도록 압축된다. 압축은 예를 들어, 분석 판독기의 뚜껑을 닫는 사용자에 의해 발생할 수 있다. 그러나, 압축을 필요로 하지 않는 카트리지(200)를 분석 판독기로 삽입하는 다른 접근법이 고려된다는 것도 이해되어야 한다.
일부 실시예들에서, 카트리지는 캡과 하부 하우징 부분을 포함하지 않는다. 이러한 실시예들에서, 카트리지는 하우징(201)을 포함하지 않으며(예를 들어, 도 2a 참조), 계량 스택 및 분석 스택은 주위에 인클로저 없이 분석 판독기에 삽입될 수 있다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 카트리지(200)는 계량 스택(224), 스페이서 재료(225) 및 분석 스택(226)을 포함할 수 있다. 계량 스택(224)은 생물학적 유체(예를 들어, 혈액)의 샘플을 수집하는데 사용될 수 있고, 분석 스택(226)은 본원 명세서에서 상세히 논의되는 바와 같이 수행될 결합 분석(예를 들어, 면역 분석)에 필요한 분석 구성요소를 포함한다. 본원 명세서에서 사용되는 바와 같이, "계량"이라는 용어는 생물학적 유체의 액체 샘플을 수집하고 분석 스택에 포함된 분석 구성요소를 통해 추가 분석을 위해 유체의 적어도 일부의 하나 이상의 사전에 결정된 체적을 분석 구성요소로 전달하는 것을 의미한다. 카트리지로 조립될 때, 계량 스택(224), 스페이서 재료(225) 및 분석 스택(226)은 스택으로 배치될 수 있다.
스페이서 재료(225)는 도 2c에 도시된 바와 같이 계량 스택(224)과 분석 스택(226) 사이에 위치할 수 있는 압축성 층이다. 실시예들에서, 스페이서 재료(225)는 카트리지가 분석 판독기에 삽입되고 계량 스택(224)이 분석 스택(226)과 접촉하거나 이에 근접하게 이동될 때 수직 방향으로 압축될 수 있는 유연한 재료일 수 있다. 일부 실시예들에서, 스페이서 재료(225)는 폼(foam), 고무, 다공성 중합체, 금속, 코튼 또는 클램프나 스프링과 같은 다른 굽힘, 접힘 또는 이동 메커니즘과 같은 유연한 재료일 수 있다. 일부 실시예들에서, 계량 및 분석 스택은 초기에 스페이서 재료(225)에 의해 유지되는 에어 갭에 의해 분리된다. 특정 실시예들에서, 스페이서 재료(225)는 카트리지의 층들이 결합되기 전에 계량 스택(224) 또는 분석 스택(226)과 같은 다른 층에 물리적으로 부착된다. 일반적으로, 계량 및 분석 스택은 샘플 수집 프로세스 전체에서 분리된 상태로 유지된다. 이러한 실시예들에서, 계량 스택과 분석 스택 사이의 분리는 표적 분석물 수집 단계 동안 화학 반응이 시작되는 것을 방지할 수 있다. 스페이서 재료(225)가 압축될 때, 계량 스택(224) 및 분석 스택(226)은 서로 접촉하거나 근접하게 될 수 있다.
바람직한 실시예들에서, 계량 스택이 생물학적 유체로 완전히 채워질 때, 카트리지는 분석 판독기에 삽입된다. 바람직하게는, 채널(230)의 상부 표면에 사용되는 재료는 충분히 투명하여 사용자가 육안 검사를 통해 언제 채널(230)이 채워지고 카트리지가 분석 판독기에 삽입될 준비가 되었는지 결정할 수 있다. 분석 판독기는 카트리지를 수용하도록 구성되고 스페이서 재료를 압축하는 메커니즘을 포함하여, 카트리지가 분석 판독기에 삽입될 때 계량 스택과 분석 스택을 함께 푸시한다. 스페이서 재료의 압축은 수집된 유체의 적어도 일부의 사전에 결정된 체적이 분석 스택의 분석 구성요소로 흐르도록 한다. 이러한 방식으로, 계량 스택 및 분석 스택을 함께 압축하는 동작은 특정 실시예들에서 분석 스택의 구성요소를 통해 면역 분석 또는 다른 결합 유형 분석의 시작을 표시하는 잘 정의된 시점을 제공할 수 있다. 그러나, 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 계량 스택 및 분석 스택을 함께 압축할 필요가 없는 다른 삽입 접근법이 고려된다는 것도 이해해야 한다.
일부 실시예들에서, 표적 분석물을 포함하는 생물학적 유체는 혈액이고, 카트리지는 피부 찌름으로부터 혈액 샘플을 수집하며, 최소한의 사용자 개입으로 일관되게 샘플을 분석 스택으로 전달하는데 사용될 수 있다. 사용자는 일반적인 찌름 란셋으로 손가락 끝, 손바닥, 손, 팔뚝, 배 부위 등과 같은 적절한 신체 부위에 출혈을 유발할 수 있다. 충분한 체적의 혈액 한 방울이 피부에 떨어지면 사용자는 카트리지의 팁을 혈액 방울에 접촉시킴으로써 수집할 수 있다. 계량 스택이 혈액으로 완전히 채워지면, 사용자는 카트리지를 분석 판독기에 삽입할 수 있으며, 그러면 혈액 샘플이 분석 스택으로 전달된다. 일부 실시예들에서, 이는 환자, 관리자, 또는 건강관리 제공자에 의해 수행될 수 있다. 본원 명세서에 기술된 채혈 및 테스트는 숙련된 건강 관리 전문가가 수행할 필요가 없다.
또한, 카트리지 디자인은 카트리지 또는 분석 판독기에서 펌프나 밸브와 같은 임의의 이동 부품을 사용하지 않고 여러 분석 위치에 상이한 사전에 정의된 체적의 혈액 샘플을 분배할 수 있도록 한다. 이는 다중 정량 POC 분석의 정확성과 유연성을 높이는 동시에 카트리지와 분석 판독기의 복잡성과 비용을 줄인다.
전형적으로, 도 2c에 도시된 바와 같이, 계량 스택(224)은 표적 분석물(예를 들어, 혈액 샘플에 포함된 관심 분석물)을 수용하기 위한 채널(230)을 포함한다. 특정 실시예들에서, 채널(230)은 약 0.5 내지 약 100μl, 약 5μl 내지 약 90μl, 약 10 내지 약 80μl, 약 20μl 내지 약 60μl, 또는 약 30 μl 내지 약 50 μl 범위의 표적 분석물을 포함하는 생물학적 유체의 체적을 보유할 수 있다. 표적 분석물의 체적은 본원 명세서에 기재된 바와 같이, 채널의 형상, 폭, 길이 및 깊이를 포함하는 채널의 치수에 의해 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 채널의 깊이는 약 5㎛ 내지 약 3mm, 약 10㎛ 내지 약 2mm, 또는 약 250㎛ 내지 약 1mm의 범위에 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 채널의 폭은 약 100㎛ 내지 약 10mm, 약 250㎛ 내지 약 5mm, 약 500㎛ 내지 약 3mm, 또는 약 750㎛ 내지 약 1mm의 범위에 있을 수 있다. 특정 바람직한 실시예들에서, 표적 분석물이 모세관 작용에 의해 채널로 끌어당겨지도록 채널의 치수가 선택된다.
바람직하게는, 계량 스택(224)은 표적 분석물 유체가 채널(230) 및 존재할 수 있는 임의의 수용 챔버(들)로 유동하도록 설계된다. 일부 실시예들에서, 채널(230)은 친수성 재료로 형성되거나 코팅될 수 있으며, 비-제한적인 예는 93210 친수성 PET(Adhesives Research, Glen Rock PA) 또는 9984 진단 미세 유체 계면활성제 프리 유체 수송 필름, 9960 진단 미세 유체 친수성 필름, 또는 9962 진단 미세 유체 친수성 필름(3M Oakdale, MN)을 포함한다. 채널(230)은 또한 분석 스택의 분석 구성요소에 접촉하기 위해, 표적 분석물을 포함하는 생물학적 유체의 적어도 일부가 계량 스택(224)의 채널(230)로부터 분배되도록 하는 채널(230)의 적어도 일부를 따라 하나 이상의 다공성 또는 메쉬 재료(들)를 가질 수 있다. 하나의 비-제한적인 실시예에서, 계량 스택 층은 다공성 또는 메쉬 재료가 계량 스택의 상부 표면 상의 채널 부분 및 계량 스택의 하부 표면 상의 분석 분배 포트 및 분석 구성요소와 정렬되도록 위치될 수 있는 다공성 또는 메쉬 재료를 포함한다. 일부 실시예들에서, 다공성 또는 메쉬 재료는 이러한 재료의 기공이 분석 구성요소에 전달되는 부분과 분석 구성요소에 전달되지 않는 부분으로 표적 분석물을 분리하도록 선택된다. 예를 들어, 표적 분석물을 포함하는 생물학적 유체가 혈액인 경우, 다공성 또는 메쉬 재료의 기공은 혈장과 같은 다른 혈액 성분으로부터 적혈구를 분리하기에 적합한 크기일 수 있다. 이와 같이, 분석 판독기에 카트리지를 삽입하여 분석을 수행하면, 혈장만이 분석을 위한 분석 구성요소로 전달된다. 물론, 다공성 또는 메쉬 재료의 조합을 사용하여 전체 생물학적 유체가 일부 분석 구성요소로 전달되는 반면 생물학적 유체의 일부만이 다른 분석 구성요소로 전달될 수 있다. 예를 들어, 다공성 또는 메쉬 재료의 조합은 혈장만이 일부 분석 구성요소에 도달하도록 허용하지만 모든 혈액 성분이 다른 분석 구성요소로 전달되도록 한다. 특정 실시예들에서, 채널은 채널의 하부에 다공성 또는 메쉬 재료를 포함할 수 있다. 채널의 하부의 다공성 또는 메쉬 재료는 친수성 재료이거나 또는 친수성 코팅 또는 처리로 코팅된 재료일 수 있다. 일부 실시예들에서, 다공성 또는 메쉬 재료는 약 1㎛ 내지 약 500㎛ 사이의 기공 크기를 가질 수 있다. 유리하게는, 표적 분석물을 포함하는 생물학적 유체가 혈액일 때, 다공성 또는 메쉬 재료의 기공은 다공성 또는 메쉬 재료가 채혈 동안 흘러내림 없이 채널에 혈액 샘플을 보유하고, 분석 판독기에 카트리지를 삽입할 때 발생하는 혈액 분배 단계 동안 분석 스택에 의해 흡수되도록 크기가 정해질 수 있다. 일부 실시예들에서, 다공성 또는 메쉬 재료는 또한 채널이 생물학적 유체로 채워지는 시간 동안 공기를 방출하고 기포 형성을 방지하는데 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 계량 스택(304)의 분해도이며, 이러한 계량 스택(304)은 도 2a 내지 도 2c의 실시예에서 계량 스택(224)으로서 사용될 수 있다. 도 3에서, 계량 스택(304)은 다수의 층을 조립함으로써 형성된다. 제1 층(341)은 카트리지가 분석 판독기 외부에 위치할 때 주변 환경과 연통하는 제1 측면(342) 및 분석 스택을 향하는 제2 측면(343)을 갖는 플라스틱 시트일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 층(341)은 계량 스택의 커버 층 또는 상부 층일 수 있다. 바람직한 실시예들에서, 제1 층(341)은 제2 측면(343) 상에 친수성 표면 또는 코팅을 가질 수 있다. 적합한 친수성 표면 코팅의 비-제한적인 예는 폴리비닐피롤리돈-폴리우레탄 인터폴리머, 폴리(메트)아크릴아미드, 말레산 무수물 중합체, 셀룰로오스 중합체, 폴리에틸렌 옥사이드 중합체, 및 수용성 나일론 또는 이들의 유도체를 포함한다. 제2 측면(343) 상에 친수성 표면 또는 코팅의 존재는 표적 분석물을 채널로 끌어당기는 것을 돕는데, 전부는 아니지만 대부분의 표적 분석물이 혈액과 같은 수성 혼합물이기 때문이다. 제1 층(341)은 아래의 층에 의해 정의된 채널(310)과 정렬하도록 위치된 통기 구멍(311)을 포함할 수 있다. 도 3에서, 예를 들어, 통기 구멍(311)은 채널(310)의 수용 챔버와 정렬되어, 그렇지 않으면 채널 충전 동안 수용 챔버에 기포로서 갇히게 될 공기가 주변 환경으로 효율적으로 빠져나갈 수 있게 한다. 채널 개구는 소망하는 경우 통기 구멍으로 역할할 수도 있다. 특정 바람직한 실시예들에서, 제1 층(341)은 제2 측면(343) 및 통기 구멍(311) 상에 친수성 코팅을 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 포함한다.
제2 층(344)은 제1 층(341)의 제2 측면 또는 분석 대면 측면에서 제1 층(341) 아래에 위치된다. 제2 층(344) 자체는 도 3에 도시된 바와 같이 하나 이상의 층의 조합일 수 있다. 제2 층이 하나의 층으로 구성되거나 또는 하나 이상의 층으로 구성되는지 관계없이, 제2 층은 기본적으로 채널의 일부일 수 있는 임의의 수용 챔버를 포함하여 계량 스택의 채널의 형상 및 크기를 획정한다. 예를 들어, 제2 층(344)은 표적 분석물을 포함할 수 있는 채널(310)의 체적 및 형상을 획정하도록 절단된 중합체 재료의 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다. 채널(310)을 형성하는 다른 비-제한적인 방법은 사출 성형, 스탬핑, 기계 가공, 주조, 라미네이팅 및 3D 인쇄를 포함한다. 이러한 제조 기술의 조합이 또한 본 발명에서 명시적으로 고려된다. 도 3에 도시된 실시예에서, 제2 층(344)은 제1 층(341)과 대면하는 제1 측면(347) 및 분석 스택과 대면하는 반대편의 제2 측면(348)을 갖는다. 또한, 제2 층(344)은 접착 층(345) 및 플라스틱 층(346)을 포함한다. 접착 층(345)은 제1 층(341)을 플라스틱 층(346)에 고정시킨다. 일부 실시예들에서, 제2 층(344)은 하나 이상의 플라스틱 층(들)(346)과 접착 층(345)의 조합일 수 있다. 바람직하게는, 접착 층(345)이나 플라스틱 층(346) 또는 둘 모두는 채널(310) 내 표적 분석물의 분배를 용이하게 하기 위해 채널(310)의 내부 표면에 친수성 표면을 제공하는 재료로 제조된다. 일부 실시예들에서, 친수성 플라스틱 시트(들)는 채널(310)이 절단된 PET 재료를 포함할 수 있다. 소망하는 경우, 채널(310)은 도 3에 도시된 바와 같이 하나 이상의 수용 챔버를 포함할 수 있다. 따라서, 채널(310)의 두께 및 기하학적 구조는 수집될 샘플의 체적을 제어할 수 있다. 채널(310)의 친수성 내부 표면은 계량 스택이 모세관 힘에 의해 혈액 샘플을 수집할 수 있게 한다. 일부 실시예들에서, 제1 층(341) 및 제2 층(344)은 계량 스택(304)에 사용되는 하나의 통합된 층일 수 있다.
도 3에서, 제3 층(349)은 소수성 접착 층으로 형성될 수 있다. 제3 층(349)을 제조하기 위한 적합한 재료의 비-제한적인 예는 3M 200MP 접착제 또는 3M 300MP 접착제(3M, Oakdale, MN)를 포함한다. 바람직한 실시예들에서, 채널(310)과 동일한 채널 기하학적 구조가 제3 층으로 절단되어 제2 층에서 절단된 채널(310)과 일치한다. 일부 실시예들에서, 제3 층(349)은 제2 층(344)과 대면하는 제1 측면(351) 및 제2 측면(352)을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 제3 층(349)은 제3 층의 제2 측면(352) 아래 또는 제2 측면(352) 상에 위치되는 제4 층(350)에서 친수성 영역을 획정할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제4 층(350)은 친수성 메쉬 또는 다공성 재료일 수 있다. 일부 실시예들에서, 실질적으로 모든 제4 층(350)은 도 3에 도시된 바와 같이 메쉬 또는 다공성 재료를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 친수성 메쉬 또는 다공성 재료는 제4 층(350)의 일부일 수 있다. 도 3에 도시된 예와 같은 일부 실시예들에서, 제4 층(350)은 제3 층(349)과 대면하는 제1 측면(353) 및 분석 스택과 대면하는 반대편의 제2 측면(354)을 가질 수 있다. 소수성 제3 층(349)은 제4 층(350) 위에 위치될 수 있다. 소수성 제3 층(349)은 제4 층(350)의 메쉬 또는 다공성 재료의 습윤성 영역을 획정하기 위한 소수성 접착 층일 수 있다.
계량 스택을 제조하는데 사용되는 방법은 의료 장치의 일반적인 제조 요구 사항과 호환되는 한 특별히 제한되지 않는다. 특정 실시예들에서, 계량 스택을 구성하는 층들은 먼저 대형 다층 시트 또는 스트립으로서 함께 고정되고, 그 다음 존재할 수 있는 채널 및 임의의 수용 챔버를 포함하는 계량 스택을 형성하기 위해 스탬핑 또는 절단 프로세스를 거친다. 일부 실시예들에서, 제1 층(341) 및 제2 층(344)은 채널을 형성하는 친수성 표면을 갖는 플라스틱 재료의 일 피스로 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제3 층(349) 및 제4 층(350)은 친수성 다공성 영역을 획정하기 위해 인쇄 또는 다른 방법에 의해 제조된 패턴화된 메쉬의 일 피스로 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제3 층은 계량 스택에서 사용되지 않는다. 2개 이상의 층 및 추가 층의 다양한 다른 조합이 다양한 실시예들에 의해 고려된다.
본 발명의 결합 분석 또는 POC 시스템에서, 분석 반응은 분석 스택에서 발생한다. 일반적으로, 분석 스택은 하나 이상의 "분석 구성요소"를 포함한다. 본원 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "분석 구성요소"는 능동 구성요소 및 수동 지지 부재 또는 마스크 중 하나 이상을 말하며, 다중화된 분석 패드를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 특정 분석 구성요소의 분석 패드의 수는 특별히 제한되지 않으며, 설계된 분석 스택을 사용하여 환자의 상태를 진단하는데 필요한 분석 요구 사항을 충족하도록 확장 가능하다. 바람직한 실시예들에서, 주어진 분석 구성요소의 분석 패드의 상부 층은 위의 계량 스택에서 채널의 적절한 영역과 수직으로 정렬되어 관심있는 특정 표적 분석물과 관련된 분석을 수행하기에 충분한 생물학적 유체의 사전에 결정된 체적이 분석 패드로 전달되는 것을 보장한다. 분석 패드는 예를 들어, 모세관 작용, 중력 등을 통해 계량 스택의 메쉬를 통하여 분석 스택으로 샘플을 끌어들이는 심지 역할을 할 수 있다. 따라서, 계량 스택과 분석 스택이 서로 접촉하거나 근접하면, 분석할 생물학적 유체가 분석 패드로 이동하도록 지시되며, 특정 분석 구성요소와 관련된 분석을 수행하는데 필요한 하나 이상의 화학 시약을 만날 수 있다. 소망하는 경우, 분석 스택은 분석 완료에 필요한 화학 물질을 포함하는 추가 층을 포함할 수 있다. 필요한 층의 수는 분석을 완료하기 위해 발생해야 하는 화학 반응의 수에 따라 달라질 수 있다. 다양한 실시예들에서, 분석 스택의 층은 나일론, 폴리에테르술폰(PES), 니트로셀룰로오스, 셀룰로오스 여과지 및 유리 섬유를 포함하는 비-제한적인 예를 포함하는 상이한 다공성 멤브레인 재료의 다양한 형상 및 다양한 크기의 패드로 제조될 수 있다.
본 발명의 분석 시스템을 사용하여 형성될 수 있는 분석의 유형은 특별히 제한되지 않으며, 필요한 시약이 하나 이상의 분석 패드에 안정적으로 통합될 수 있고 분석 판독기에 의해 검출될 수 있는 변화를 일으킬 수 있는 모든 분석일 수 있다. 일부 실시예들에서, 분석 반응은 색 변화를 야기하며, 이는 본원 명세서에 기재된 바와 같은 비색 검출 방법을 사용하여 검출될 수 있다. 또 다른 분석 반응은 다른 광학적 변화, 형광 변화, 전기화학적 변화, 또는 분석 스택의 검출 멤브레인에서 발생할 수 있는 다른 검출 가능한 변화를 초래할 수 있다. 특정 실시예들에서, 분석은 다공성 재료-기반 측면 유동 분석, 수직 유동 분석, 및/또는 측면 및 수직 유동 분석의 조합일 수 있다. 일반적으로, 표적 분석물은 생물학적 유체에 포함되며, 비-제한적인 예는 혈액, 혈장, 혈청, 타액, 땀, 소변, 림프액, 눈물, 활액, 모유, 담즙 또는 이들의 성분을 포함한다. 특정 바람직한 실시예들에서, 생물학적 유체는 혈액 또는 이의 성분(예를 들어, 혈장)이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 본 발명의 분석 시스템은 환자에게 그들의 혈액 조성 내의 표적 분석물에 관한 POC 정보를 제공하는데 유용하다. 혈액에서 측정될 수 있는 분석물의 비-제한적 예는 갑상선 마커(예를 들어, T3, 프리 T4, 갑상선 자극 호르몬 등), 염증 마커(예를 들어, C-반응성 단백질 등), 비타민(예를 들어, 경쟁 분석 구조를 통해 검출), 대사 증후군 마커, 포도당, 당화 헤모글로빈, 당화 알부민 및 질병에 대한 항체의 혈청학적 레벨(표지된 항원 구조에 의해 검출)를 포함한다. 소변에서 측정될 수 있는 분석물의 비-제한적인 예는 총 단백질, 백혈구 에스테라제 및 미오글로빈을 포함한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 분석 스택(406)을 도시하며, 이러한 분석 스택(406)은 특히, 도 2a 내지 도 2c의 실시예에서 분석 스택(226)으로서 사용될 수 있다. 도 4에서, 분석 스택(406)은 능동 구성요소 및 수동 지지 부재 또는 마스크를 갖는 하나 이상의 층을 포함하는 다중 층으로 형성된다. 보다 구체적으로는, 도 4에서, 분석 스택(406)은 위에 있는 분석 스택의 채널과 정렬되는 컷-아웃 부분(411)을 특징으로 하는 분석 스택 커버 층(410)을 포함한다. 일반적으로, 분석 스택 커버 층(410)은 분석 스택에 강성을 제공하고 카트리지 제조 동안 취급 용이성을 제공하는 중합체 재료로 제조된다. 또한, 컷-아웃 부분(411)은 본원 명세서에 기재된 바와 같이, 카트리지가 분석 판독기에 삽입될 때 생물학적 유체가 분석 스택 커버층(410)을 지나 하부의 분석 구성요소를 향하여 흐르도록 한다. 도시된 바와 같이, 분석 스택(406)은 계량 스택과 대면하는 최상 층일 수 있는 제1 분리 층(461)(예를 들어, 혈장 분리 멤브레인)을 포함한다. 제1 분리 층(461)은 바람직하지 않은 성분이 하부의 분석 구성요소에 도달하는 것을 방지하기 위해 생물학적 유체의 성분을 분리하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 생물학적 유체가 혈액인 경우, 제1 분리 층(461)은 카트리지가 분석 판독기에 삽입된 후 적혈구가 분석 구성요소에 도달하는 것을 방지하는 혈장 분리 멤브레인일 수 있다. 이는 적혈구에 존재하는 헤모글로빈에 의한 강한 스펙트럼 흡수가 분석 수행 후 분석 패드에서 발생하는 색상 변화를 압도할 수 있기 때문에 유리하다. 이러한 혈장 분리 멤브레인은 다양한 재료로 제조될 수 있으며, 비-제한적인 예로는 비대칭 폴리술폰 멤브레인, 유리 섬유 또는 셀룰로오스를 포함한다. 일부 실시예들에서, 혈장 분리 멤브레인의 제조는 개선된 습윤성 및/또는 다른 특성을 위한 표면 처리를 포함할 수 있다. 도 4의 분석 스택에서, 혈장 분리 멤브레인은 모든 분석 구성요소에 대한 멤브레인의 하나의 연속적인 피스이거나 또는 분석 구성요소의 각각의 분석 패드에 대해 동일하거나 상이할 수 있는(또는 이들의 일부 조합) 멤브레인 재료의 다중 불연속 피스일 수 있다. 제1 분리 층(461)이 불연속적인 경우, 인접한 분석 간의 혼선을 방지할 수 있다. 일부 실시예들에서, 분석 구성요소의 분석 패드 중 일부는 대응하는 혈장 분리 멤브레인을 갖는 반면, 다른 분석 패드는 이러한 층을 갖지 않는다. 본 발명에 의해 고려되는 면역 분석 시스템에서 사용되는 다른 추가 구성요소는 도 8a 내지 도 8f와 관련하여 더 상세히 논의된다.
도 4에서, 분석 스택(406)은 분석 스택(406)이 조립될 때 분석 패드(440)(예를 들어, 소수성 멤브레인)를 수용하고 고정시키도록 구성된 복수의 컷-아웃(431)을 갖는 마스크 지지 층(430)을 특징으로 하는 분석 구성요소(420)를 포함한다. 바람직하게는, 컷-아웃(431)은 마스크 지지 층(430)에 측방향으로 위치되어서, 각각의 분석 패드(440)(예를 들어, 저분자량 컷오프 멤브레인, 소수성 멤브레인 또는 이들의 조합을 포함하는 분리 층)가 위의 계량 스택의 채널 및 다공성 또는 메쉬 재료 모두와 정렬되고, 따라서, 주어진 분석 패드와 관련된 분석 반응을 수행하기에 충분한 표적 분석물의 사전에 결정된 부체적을 수용한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 분석 스택(406)은 제1 분리 층(461)(예를 들어, 혈장 분리 멤브레인) 및 제1 분석 구성요소(420) 아래에 위치되는 제2 분석 구성요소(462)를 포함할 수 있다. 제2 분석 구성요소(462)는 분석 스택(406)이 조립될 때 분석 패드(463)를 수용하고 고정시키도록 구성된 복수의 컷-아웃(451)을 갖는 마스크 지지 층(450)을 포함한다. 바람직하게는, 표적 분석물을 포함하는 생물학적 유체가 분석 패드(440)로부터 분석 패드(463)로 흐르도록 분석 패드(463)를 분석 패드(440)(예를 들어, 소수성 멤브레인)와 정렬하도록 컷-아웃(451)이 배치된다. 분석 패드(463)(예를 들어, 발색 멤브레인과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 검출 멤브레인)는 일단 표적 분석물이 분석 구성요소(420)의 분석 패드(440)(예를 들어, 소수성 멤브레인)를 통해 흐르면 개시되는 분석 반응을 완료하는데 필요한 화학 시약을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 분석 패드(463)는 수행된 분석의 결과에 대응하는 정보를 제공하는 검출 지표 층의 역할을 한다. 예를 들어, 분석 패드(463)(예를 들어, 발색 멤브레인)는 분석의 결과를 나타내기 위해 색상 변화와 같은 시각적 표시기를 포함할 수 있지만, 본 발명에 의해 고려되는 검출 멤브레인은 또한 형광 및 전기화학적 변화 또는 반응을 고려하는 것을 이해해야 한다. 또한, 도 4의 분석 스택(406)은 2개의 분석 구성요소(420 및 462)만을 포함하지만, 분석 스택(406)은 특정 분석의 결과를 완료 및/또는 보고하는데 필요한 화학 시약이 함침된 분석 패드가 있는 추가 분석 구성요소를 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 분석 스택(406)은 혈액 샘플의 분석을 수행하는데 필요한 임의의 수의 분석 구성요소를 포함할 수 있다. 일부 분석은 다른 것보다 더 많은 화학적 단계를 필요로 하기 때문에, 분석 구성요소는 완성된 분석 제품을 분석 스택의 하부로 끌어들이는 역할만 하는 더 많은 비-기능성 분석 패드를 포함할 수 있고, 여기서 분석은 본원 명세서에 기술된 바와 같이, 분석 판독기에 의해 검출될 수 있다.
도 4의 분석 스택(406)은 또한 제조 프로세스 동안 분석 스택(406)의 기계적 강도 및 취급 용이성을 제공하기 위해 일반적으로 중합체 재료로 제조되는 분석 하부 층(470)을 포함한다. 또한, 분석 하부 층(470)은 일반적으로 분석 스택의 분석 패드와 정렬되고 분석 판독기에 의한 분석 결과의 조사를 허용하는 크기로 정해진 복수의 검출 포트(471)를 포함한다.
도 5a는 본 발명의 비-제한적인 일 실시예에 따른 길이방향 단면의 분석 판독기의 개략도이다. 도 5a에서, 분석 판독기(500)는 화살표(505)로 표시된 바와 같이 삽입될 때 카트리지를 수용하는 카트리지 수용 챔버(510)를 포함한다. 탭(515)은 분석 판독기(500)를 따라 길이방향으로 이어지고, 카트리지 수용 챔버(510)로 연장된다. 카트리지가 분석 판독기에 삽입될 때, 탭(515)은 도 2c의 슬롯(228)과 같은 카트리지 상부의 슬롯에 삽입되도록 구성된다. 또한, 탭(515)의 하부 에지부와 지지 표면(520) 사이의 간격(525)은 카트리지가 삽입될 때 탭(515)이 계량 스택과 분석 스택을 함께 압축하여 표적 분석물이 계량 스택으로부터 분석 스택으로 흐르도록 그리고 분석 반응을 시작하도록 설정된다. 특정 실시예들에서, 분석 판독기는 일단 카트리지가 분석 판독기에 완전히 삽입되면 제 위치에 카트리지를 잠금하는 스냅-핏 메커니즘을 포함할 수 있다. 이는 사용자가 분석이 완료되기 전에 분석 판독기에서 카트리지를 우발적으로 제거하여 분석 결과의 정확성에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 것을 방지하기 때문에 유리하다. 일부 실시예들에서, 분석 판독기(500)는 또한 카트리지의 삽입을 검출하고 시간을 측정하는 센서(542a 및 542b)를 포함한다. 예를 들어, 카트리지가 카트리지 수용 챔버(510)에 삽입되고 탭(515)과 맞물리기 시작하면, 카트리지의 하부 표면이 센서(542a)를 통과할 수 있으며, 이는 카트리지 삽입의 시작으로 적절한 전자 장치에 의해 검출된다. 제2 센서(542b)는 분석 판독기(500)의 더 안쪽에 위치하며, 카트리지가 완전히 삽입되었을 때 카트리지의 존재와 완전한 삽입이 발생한 시간을 검출한다. 그런 다음, 분석 판독기(500)는 카트리지 삽입이 시기적절하고 적절했는지를 결정하기 위해 카트리지 삽입을 위한 전체 시간을 비교할 수 있다. 이러한 방식으로, 분석 판독기는 (1) 카트리지가 부분적으로만 삽입되었거나 (2) 카트리지가 부분적으로 삽입되었다가 제거되었다가 다시 삽입된 상황에서는 임의의 분석 판독을 수행하지 않게 된다. 두 경우 모두 계량 스택과 분석 스택의 불완전한 압축으로 인해 부정확한 분석 판독값을 제공할 수 있으며, 그 결과 필요한 양의 표적 분석물이 분석 스택의 분석 패드로 불완전하게 전달된다.
도 5a에 도시된 예시적인 실시예에서, 분석 판독기(500)는 분석 반응에 의해 야기되는 분석 패드의 색상 변화를 검출함으로써 분석 결과를 검출한다. 이를 달성하기 위해, 분석 판독기(500)는 카트리지가 완전히 삽입될 때 카트리지의 분석 패드와 정렬되도록 분석 판독기(500) 내에 배열된 복수의 광원(이 단면도에는 도시되지 않음) 및 광 검출 부재(550)를 포함한다. 광 검출 부재(550)가 분석 패드의 색상을 검출할 수 있도록 하기 위해, 지지 표면(520)에는 하나 이상의 애퍼처(aperture)가 장착되거나 광이 통과하게 할 수 있는 투명 재료로 제작될 수 있다. 그러나, 분석 판독기(500)는 대안적으로 분석 스택의 검출 멤브레인 부분에서 전기화학적 또는 형광 변화를 검출하기 위한 구성요소를 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 측정될 수 있는 검출 멤브레인의 변화와 상관없이, 복합체(예를 들어, 면역 복합체)의 일부가 도 8a 내지 도 8f와 관련하여 보다 상세히 논의된 바와 같은 마그네틱 비드를 포함할 때, 분석 판독기(500)는 또한 활성화되는 경우 분석 스택의 다양한 층을 통해 표적 분석물의 수송을 용이하게 하는 하나 이상의 전자석(552)을 포함한다. 도 5b는 카트리지(502)가 완전히 삽입된 분석 판독기(500)의 길이방향 단면의 개략도이다. 도 1 또는 도 2a 내지 도 2c의 카트리지(100 또는 200)에 대응할 수 있는 카트리지(502)는 표적 분석물이 계량 스택(504)으로부터 분석 패드(530)로 전달되도록 탭(515)에 의해 함께 압축되는 계량 스택(504) 및 분석 스택(506)을 포함한다. 분석 패드(530)는 광 검출 부재(550)와 정렬된다. 그러나, 분석 판독기(500)는 대응하는 분석 패드(530) 없이 추가적인 광 검출 부재(550a)를 포함할 수 있음에 유의해야 한다. 광 검출 부재(550a)와 같은 추가적인 광 검출 부재의 존재는 분석 판독기가 다양한 분석을 위한 다양한 유형의 카트리지, 특히 더 많은 분석을 수행하고 다양한 분석을 위해 다양한 유형의 카트리지를 식별하도록 설계될 수 있는 카트리지와 함께 사용할 수 있게 한다.
도 6a는 색상 변화를 검출하는데 사용될 수 있는 분석 판독기(600)의 형태로 도 5에 도시된 분석 판독기의 횡방향 단면의 개략도를 도시한다. 도 6a에서, 분석 판독기(600)는 카트리지 상의 슬롯과 맞물리도록 카트리지 수용 챔버(610) 내로 연장되는 탭(615)을 포함한다. 그런 다음, 이러한 맞물림은 계량 스택과 분석 스택을 지지 표면(620)에 대해 압축하여 분석 반응을 시작한다. 광원(660a 및 660b)은 분석 결과를 검출하기 위한 광을 제공하고, 광 검출 장치(650) 근처에 위치된다. 구체적으로, 도 6a에 도시된 바와 같이, 광원(660a 및 660b)은 광 검출 장치(650)에 대응하는 분석 패드를 분석하기 위해 광을 제공한다. 일반적으로, 광 검출 부재에 대한 광자 플럭스가 정확한 판독값을 얻기에 충분하다는 것을 보장하기 위해 각각의 광 검출 부재에 하나 이상의 광원을 전용으로 사용하는 것이 유리하다. 일부 실시예들에서, 특정 광 검출 부재 전용 광원은 동일한 출력 스펙트럼을 갖는다. 그러나, 다른 실시예들에서, 주어진 광 검출 부재에 대응하는 광원은 상이한 출력 스펙트럼을 생성한다. 예를 들어, 광원은 다양한 색상의 광을 생성하는 발광 다이오드(LED)일 수 있다. 예를 들어, 표적 분석물이 혈액인 경우, 바람직하지 않은 용혈의 존재를 검출하기 위해 2색성(bichromatic) 쌍(600nm/570nm)을 생성할 수 있는 광원을 사용하는 것이 유용할 수 있다. 일반적으로, 분석 판독기에서 광을 지향하게 하거나 및/또는 광 산란의 양을 줄이기 위해 광학 부재를 포함하는 것이 유리하다. 일부 실시들예에서, 광학 부재는 각각의 분석 패드에 대한 가시선인 광원으로부터 발산되는 광만이 분석 패드에 도달하도록 허용하는 애퍼처이다. 예를 들어, 도 6a에서, 광원(660a)은 애퍼처(673a)를 통과하는 광원(660a)으로부터의 광만이 분석 패드에 도달하고 이어서 광 검출 장치(650)에 의해 검출되도록 애퍼처 획정 부재(670a 및 671a)에 의해 제한된다. 유사하게는, 광원(660b)은 애퍼처(673b)를 통과하는 광원(660b)으로부터의 광만이 분석 패드에 도달하고 이어서 광 검출 장치(650)에 의해 검출되도록 애퍼처 획정 부재(670b 및 671b)에 의해 제한된다. 바람직한 실시예들에서, 애퍼처 획정 부재(670a, 670b, 671a, 671b)는 광원(660a, 660b)이 켜질 때 바람직하지 않은 산란의 양을 줄이기 위해 검은색 무광택 재료로 제작된다. 또한, 이 실시예에서, 광 검출 장치(650)는 애퍼처(672)를 통과하는 광만이 광 검출 장치(650)에 도달하도록 허용하는 애퍼처 획정 부재(671a 및 671b)로 구성된 하우징에 위치된다. 소망하는 경우, 애퍼처(672)에는 광 검출 장치(650)에 의한 검출을 위해 사전에 결정된 파장 또는 파장 범위의 광만을 허용하는 필터가 장착될 수 있다. 예를 들어, 광원이 비색 분석을 위해 백색 광만 제공하도록 장착된 경우에 유용할 수 있다. 또한, 광원(660a 및 660b)으로부터의 광 및 광 검출 장치(650)에 의해 검출되는 광은 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 렌즈, 필터, 셔터, 광 섬유, 광 가이드 등과 같은 광학 부재를 사용하여 지시되거나 조작될 수 있다. 분석 판독기(600)는 또한 하나 이상의 전자석(652)을 포함하고, 복합체(예를 들어, 면역 복합체)의 일부가 도 8a 내지 도 8f와 관련하여 보다 상세하게 논의된 바와 같은 마그네틱 비드를 포함할 때, 하나 이상의 전자석(652)은 활성화 시에 분석 스택의 다양한 층을 통해 표적 분석물의 수송을 용이하게 한다.
도 6b는 도 6a에 기술된 분석 판독기의 작동의 개략도이다. 도 6b에서, 계량 스택(604) 및 분석 스택(606)을 포함하는 카트리지는 분석 판독기(600)의 카트리지 수용 챔버(610)에 삽입된다. 탭(615)은 계량 스택(604) 및 분석 스택(606)을 지지 표면(620)에 대해 압축하여 표적 분석물이 채널(612)에서 분석 패드(630)로 흐르도록 한다. 전술한 바와 같이, 분석 판독기(600)에는 카트리지가 적시에 정확하게 삽입되었음을 확인하는 센서가 장착될 수 있다. 분석 판독기(600)는 또한 샘플 수집 전에, 사용 중인 카트리지의 유형에 기초하여 적절한 시간에 분석 패드를 비추도록 사용자에 의해 또는 제조 프로세스 중에 사전 프로그래밍될 수 있다. 이러한 방식으로, 분석 판독기(600)는 분석이 완료된 경우에만 분석 패드(630)로부터 분석 데이터를 수집한다. 대안적으로, 소망하는 경우, 분석 판독기(600)는 카트리지가 삽입된 후 전체 분석 반응 동안 분석 패드(630)로부터 분석 데이터를 수집하도록 구성될 수 있다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 광원(660a)은 광 빔(680a)을 제공하고, 광 빔(680a)은 반사된 광 빔(661)을 생성하기 위해 분석 패드(630)의 하부에 충돌한다. 유사하게는, 광원(660b)은 광 빔(680b)을 생성하며, 광 빔(680b)은 검출되는 분석의 요구사항에 따라 광원(660a)과 동시에 또는 다른 시간에 반사된 광 빔(661)을 생성하도록 분석 패드(630)의 하부에 충돌할 수 있다.
도 7은 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따른 분석 판독기 내부의 센서 구성의 블록도(700)이다. 도 7에서, 4개의 분석 패드(도면부호 741, 742, 743 및 744로 식별됨)는 표적 분석물과의 분석 반응을 완료하고, 각각의 색상 변화를 겪고, 비색 분석을 위한 준비가 되어 있다. 소망하는 경우, 이 구성을 사용하여 분석 반응의 진행 상황을 모니터링하기 위해 4개의 분석 패드에서 데이터를 수집할 수도 있다. 제1 마이크로 컨트롤러 직렬-주변 인터페이스 버스(MCU SPI 버스)로부터의 입력 신호(701)는 디지털-아날로그 변환기 유닛(710)으로 들어가며, 이는 전류원(721, 722, 723 및 724)을 독립적으로 제어하는 개별 디지털-아날로그 변환기(711, 712, 713, 714)를 포함한다. 이들 전류원은 각각 광원(731, 732, 733, 734)에 전원을 공급한다. 일부 실시예들에서, 입력 신호(701)는 분석 판독기에 카트리지를 삽입한 후 사전에 결정된 시간에 타이밍 회로에 의해 전송될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 사전에 결정된 시간은 알려진 시간 또는 분석 패드에서의 분석 반응이 완료에 도달하기 위한 시간들에 대응한다. 일부 바람직한 실시예들에서, 광원(731, 732, 733, 734)은 동시에 활성화되어 분석 패드(741, 742, 743, 744)의 분석 유도 색상 변화를 다중화 모드에서 동시에 측정한다. 그러나, 본 발명은 또한 카트리지 내의 분석의 타이밍 요구사항에 따라 모든 광원을 개별적으로 그리고 순차적으로, 또는 일부는 동시에 그리고 일부는 개별적으로 작동시키는 것을 고려한다.
이 비-제한적인 예에서, 각각의 광원(731, 732, 733 및 734)은 분석의 요구사항 및 분석 판독기에 존재할 수 있는 임의의 광학 부재에 따라 동일하거나 다른 색상일 수 있는 개별 3개의 발광 다이오드(LED)를 포함한다. 예를 들어, 특정 실시예들에서, 특정 광원(예를 들어, 731)의 3개의 LED는 적색, 녹색 및 청색(RGB LED)일 수 있어서, 3개의 LED 모두가 활성화되면 분석 패드에 충돌하는 광은 백색광이다. 물론, 광원은 특정 수 또는 유형의 LED 또는 기타 광 발생 장치에 제한되지 않는다. 보다 일반적으로, 광원이 분석 패드에서 반사된 유색 광을 정확하게 판독하기 위해 광 검출 부재에 적합한 파장(들) 및 밝기의 광을 제공하는 한, 본 발명의 분석 판독기에 유용한 광원은 특별히 제한되지 않는다. 특정 비-제한적인 실시예들에서, 광원은 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 활성 매트릭스 유기 발광 다이오드(AMOLED) 또는 레이저이다. 예를 들어, 광원은 주어진 분석 패드에서 분석 반응의 비색 분석을 허용하기에 충분한 밝기와 적절한 파장을 갖는 단 하나의 LED일 수 있다. 특정 실시예들에서, 광원은 특정 파장의 광을 생성할 수 있다. 하나의 비-제한적인 예로서, 표적 분석물을 포함하는 생물학적 유체가 혈액(적혈구가 제거된 상태)인 경우, 570nm 및 600nm에서 광을 생성하는 이색성 광원을 사용하여 비-기능적(즉, 분석 시약이 없음) 분석 패드에서 환자의 바람직하지 않은 용혈을 나타내는 헴(heme)의 존재를 검출할 수 있다. 대안적으로, 광원은 특정 소망하는 파장(들)의 광을 선택하기 위해 하나 이상의 협대역 통과 필터와 쌍을 이루는 광대역 소스일 수 있다. 전형적으로, 광원은 전자기 스펙트럼의 가시 영역(즉, 400-700nm 사이의 파장)에서 광을 생성하지만, 본 발명은 또한 광원이 적절한 광 검출 장치와 쌍을 이루는 한, 전자기 스펙트럼의 적외선(700nm 내지 106nm) 또는 자외선 영역(10nm - 400nm)에서 전자기 복사를 생성하는 광원을 고려한다. 상이한 광원의 조합이 또한 본 발명에 의해 명시적으로 고려된다.
도 7에서, 부재(740)는 광원(731, 732, 733, 734)과 분석 패드(741, 742, 743, 744) 사이의 광학 경로에 선택적으로 존재할 수 있는 광학 부재의 개략도이다. 소망하는 경우, 하나 이상의 광학 부재는 광원과 해당 분석 패드 사이에 위치하여 광을 향하게 하고, 광을 집중시키며, 바람직하지 않은 산란을 줄이고, 분석 검출을 위한 하나 이상의 파장을 선택하거나, 이들의 일부 조합을 수행할 수 있다. 이러한 광학 부재의 비-제한적인 예는 애퍼처, 렌즈, 도광체, 밴드패스 필터, 광섬유, 셔터 등을 포함한다. 유사하게는, 부재(745)는 분석 패드(741, 742, 743, 744)와 대응하는 광 검출 장치(751, 752, 753, 754) 사이의 광학 경로에 선택적으로 존재할 수 있는 광학 부재를 나타낸다. 이러한 광학 부재는 부재(740)에 대해 설명된 것과 유사한 방식으로 광 검출기 장치의 상류에서 광을 조작하는데 사용될 수 있다. 광원, 분석 패드 및 광 검출 장치의 각각의 조합에 대해 상이한 유형 및 개수의 광학 부재가 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 광 검출 장치(751, 752, 753, 754)는 분석 패드(741, 742, 743, 744)로부터의 광을 검출한다. 이 비-제한적인 예에서, 광 검출 장치는 포토다이오드이다. 보다 일반적으로, 광 검출 장치의 유형은 분석 결과의 비색 측정에 사용되는 분석 패드에서 반사되는 광을 검출할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 적합한 광 검출 부재의 다른 예는 포토다이오드 어레이, CCD 칩 및 CMOS 칩을 포함한다. 광 검출 장치(예를 들어, 포토다이오드)(751, 752, 753 및 754)로부터의 출력은 원치 않는 신호 구성요소를 필터링하는 동안 포토다이오드로부터의 전류 신호를 전압 출력으로 변환하는 트랜스임피던스 증폭기/저역 통과 필터 부재(761, 762, 763 및 764)로 전송된다. 트랜스임피던스 증폭기/저역 통과 필터 부재(761, 762, 763 및 764)로부터의 출력은 멀티플렉서 유닛(771), 게인(772) 및 아날로그-디지털 변환기(773)를 포함하는 아날로그-디지털 변환기 유닛(770)으로 전송된다. 아날로그-디지털 변환기 유닛(770)의 출력은 제2 MCU SPI 버스, 송신기 또는 프로세서일 수 있는 구성요소(780)로 전송될 수 있다. 특정 실시예들에서, 송신기는 개인용 컴퓨터, 모바일 장치 또는 컴퓨터 네트워크와의 유선 또는 무선 연결(예를 들어, 블루투스 또는 Wi-Fi)을 허용한다. 특히 유용한 일 실시예에서, 분석 결과는 사용자의 모바일 장치 또는 개인용 컴퓨터로 전송되며, 여기에서 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)에 표시된다. 소망하는 경우, GUI는 분석 결과의 전반적인 경향에 관한 정보를 사용자에게 제공하기 위해 현재 결과 외에도 이전 분석 결과를 표시할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 당뇨병인 경우, GUI는 분석 판독기에 의해 측정된 포도당 레벨을 사용자가 혈당 레벨이 적절하게 제어되고 있는지 여부를 결정할 수 있도록 시간의 함수로 표시할 수 있다. 또한, 분석 결과는 사용자의 모바일 장치나 컴퓨터에서 컴퓨터 네트워크(예를 들어, 사용자의 주치의 네트워크)로 전송될 수 있다. 이러한 방식으로, 본 발명의 분석 시스템은 분석 판독기에 의해 획득된 분석 결과로부터 최신 의료 정보를 제공함으로써 사용자의 주치의가 환자를 면밀히 모니터링하도록 할 수 있다.
전술한 광학 검출 시스템은 시스템의 일부 예시적인 실시예들에 대응하지만, 본 발명은 명시적으로 다른 유형의 검출 시스템도 고려한다는 점에 유의해야 한다. 일반적으로, 분석 반응에 의해 야기된 신호 변화에 대응하는 임의의 검출 시스템은 본 발명의 분석 판독기와 관련하여 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 특정 실시예들에서, 검출 시스템은 화학 발광(chemiluminescence)에 기초한 광학 검출 시스템이다. 이러한 실시예들에서, LED 및 OLED와 같은 광원은 분석 패드에서 분석 반응에 의해 야기된 색 변화를 검출할 필요가 없다. 오히려, 신호 변화는 루시페라아제와 같은 산화 효소와 생물 발광 반응에 의해 광을 발생시키는 기질의 반응에 의해 유발될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 분석 반응에 의해 야기되는 신호 변화는 전기화학 반응에 의해 검출될 수 있다.
도 8a 내지 도 8f는 표적 분석물(816)의 존재에 대해 분석될 유체 샘플(814)이 카트리지(800)에 도입된 후 면역 분석을 수행하는 다양한 단계 동안, 계량 스택(802) 및 분석 스택(804)을 포함하는 카트리지(800)의 형태의 카트리지(100, 200 또는 502)의 추가 실시예를 도시한다. 계량 스택(802)은 채널을 따라 표적 분석물(816)을 수용 및 분배하도록 구성되며, 채널은 전술한 바와 같이, 다공성 또는 메쉬 재료를 포함하는 하부 및 채널과 연통하는 하나 이상의 통기 구멍을 포함한다. 또한 전술한 바와 같이, 스페이서 재료는 계량 스택과 분석 스택 사이에 배치되며, 스페이서 재료는 카트리지가 압축되지 않은 상태일 때, 계량 스택과 분석 스택 사이에 표적 분석물이 계량 스택으로부터 분석 스택으로 흐르는 것을 방지하는 갭을 제공한다. 추가적으로, 다공성 또는 메쉬 재료는 표적 분석물(816)이 카트리지(800) 압축 시 계량 스택(802)에서 분석 스택(804)으로 흐를 수 있게 한다.
아래에서 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 일단 계량 스택(802)에 도입되면, 표적 분석물(816)을 포함하는 유체 샘플(814)은 제1 분리 층(806)을 통과하고, 궁극적으로 표적 분석물(816)은 제2 분리 층(808)(예를 들어, 소수성 멤브레인, 저분자량 컷-오프 멤브레인, 또는 이들의 조합)을 통해 검출 멤브레인(812)(예를 들어, 발색 멤브레인)에 도달한다. 유체 샘플(814)이 혈액인 경우, 제1 분리 층(806)은 혈장 분리 멤브레인으로 지칭될 수 있다. 또한, 유체 샘플(814)이 혈액일 때, 제1 분리 층(806)은, 표적 분석물(816)이 카트리지(800)의 추가적인 층을 통해 끌어당겨질 수 있을 만큼 충분히 큰 기공 크기를 갖지만, 또한 분석 결과의 정확성에 영향을 미칠 수 있는 카트리지(800)의 추가적인 층을 통해 임의의 적혈구의 통과를 방지하기에 충분히 작은 기공 크기(예를 들어, 약 2마이크로미터 미만)를 갖는 기공(840)을 포함할 수 있다. 이는 예를 들어, 분석이 수행된 후 발생하는 색상 변화를 압도할 수 있는 적혈구에 존재하는 헤모글로빈에 의한 강한 스펙트럼 흡수가 있기 때문이다.
추가적으로, 도 8a에 도시된 바와 같이, 제1 분리 층(806)은 또한 포획 분자(818)(예를 들어, 면역 분석의 경우 포획 항체)와 결합된 마그네틱 비드(820)를 각각 포함하는 복수의 제1 복합체(822) 및 검출 분자(824)(예를 들어, 면역 분석의 경우 검출 항체)와 결합된 검출 라벨(826)을 각각 포함하는 복수의 제2 복합체(828)를 포함할 수 있다. 결국, 도 8b에 도시된 바와 같이, 유체 샘플(814)에 존재하는 임의의 표적 분석물(816)은 복수의 제1 복합체(822) 및 복수의 제2 복합체(828)에 결합하여 전자기력 또는 신호(853)를 방출하게 하는(도 8c 및 도 8d 참조) 전자석(852)의 활성화 시에 분석 스택(804)을 통해 끌어당겨질 수 있는 제3 복합체(834)(예를 들어, 면역 분석의 경우 면역 복합체)를 생성할 수 있고, 제1 분리 층(806)의 특정 구조 및 구성요소는 기본적으로 표준 분석에서 일반적으로 사용되는 세척 및 배양 단계를 대체하지만, 세척 및 배양 단계가 여전히 제거되는 일부 실시예들에서, 복합물은 제1 분리 층(806) 이외의 다른 층에 위치할 수 있음을 이해해야 한다. 여하튼, 제1 복합체(822) 및 제2 복합체(828)가 분석 스택(804) 상에 처음에 증착되는 위치에 관계없이, 유체 또는 복잡한 이동 부품을 사용한 물리적 세척에 대한 필요성은 본 발명에 의해 고려되는 분석 시스템에서 제거된다. 전자석(852)은 도 1, 도 5a 내지 도 7과 관련하여 이전에 논의된 분석 판독기의 일부일 수 있다.
포획 분자(818)는 표적 분석물(816)에 특이적으로 결합하는 포획 분자(예를 들어, 면역 분석의 경우 포획 항체)일 수 있다. 표적 분석물(816)에 대한 포획 분자(818)는 당업자에게 쉽게 알려져 있고 일상적인 기술에 의해 생산될 수 있거나 상업적으로 쉽게 입수할 수 있다. 또한, 포획 분자(818)가 결합되는 마그네틱 비드(820)는 포획 분자(818)와 같은 생체 분자에 쉽게 접합되는 강자성 입자일 수 있다. 마그네틱 비드(820)는 약 10 나노미터 내지 약 10 마이크로미터, 예컨대, 약 20 나노미터 내지 약 7.5 마이크로미터, 예컨대, 약 30 나노미터 내지 약 5 마이크로미터 범위의 직경을 가질 수 있다. 적합한 마그네틱 비드는 당업자에게 잘 알려져 있으며 상업적 공급자로부터 입수할 수 있다. 마그네틱 비드(820)는 자철광(Fe3O4)과 같은 산화철 입자를 포함할 수 있지만, 마그네틱 비드(820)가 외부 자기장이 존재하는 경우에만 자기 거동을 나타내는 초상자성 특성을 갖는 한 임의의 다른 산화철 입자가 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 이 특성은 마그네틱 비드(820)에 있는 입자의 작은 크기에 의존하며, 마그네틱 비드(820)가 결합되는 포획 분자(818)와 함께 마그네틱 비드(820)가 현탁액에서 분리될 수 있게 한다. 마그네틱 비드(820)는 자기장의 외부에서 서로 끌어당기지 않기 때문에, 마그네틱 비드(820)는 원치 않는 응집에 대한 우려 없이 사용될 수 있다. 포획 분자(818)는 공유 또는 비공유로 포획 분자(818) 및 마그네틱 비드(820)에 결합될 수 있는 링커 분자를 통해 직접 또는 간접적으로 마그네틱 비드(820)에 결합될 수 있다. 어쨌든, 포획 분자(818)(예를 들어, 포획 항체) 및 마그네틱 비드(820)를 포함하는 제1 복합체(822)를 형성하기 위한 적합한 방법은 당업자에게 잘 알려져 있다.
또한, 포획 분자(818)와 마찬가지로, 검출 분자(824)(예를 들어, 면역 분석의 경우 검출 항체)도 표적 분석물에 특이적으로 결합하는 분자이다. 표적 분석물(816)에 대한 검출 분자(824)는 당업자에게 쉽게 알려져 있고 일상적인 기술에 의해 생산될 수 있거나 상업적으로 쉽게 입수할 수 있다. 검출 분자(824)는 검출 라벨(826)에 연결된다. 검출 라벨(826)은 검출 멤브레인(812)(예를 들어, 발색 멤브레인, 형광 발생 멤브레인, 전기화학적 신호 발생 멤브레인 등)에 위치된 시약 또는 기질(830)과 화학 반응을 시작하여 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이 검출 가능한 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 검출 라벨(826)은 기질(830)의 산화를 촉매할 수 있다. 그런 다음, 기질(830)의 산화된 형태는 색상 변화, 형광 변화 또는 전기화학적 변화의 형태로 검출 가능한 신호를 제공할 수 있다. 적합한 검출 라벨(826)은 당업계에 잘 알려져 있으며 페록시다아제, 글루코스 옥시다아제 및 알칼리 포스파타제를 포함할 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 검출 라벨(826)은 양고추냉이(horseradish) 퍼옥시다아제(HRP)와 같은 퍼옥시다아제 효소일 수 있거나, 또는 다른 실시예에서, 검출 라벨(826)은 β-갈락토시다아제일 수 있다. 검출 분자(824)는 공유 또는 비공유로 검출 분자(824) 및 검출 라벨(826)에 결합될 수 있는 링커 분자를 통해 직접 또는 간접적으로 검출 라벨(826)에 결합될 수 있다. 어쨌든, 검출 분자(824)(예를 들어, 검출 항체) 및 검출 라벨(826)를 포함하는 제2 복합체(828)를 형성하기 위한 적합한 방법은 당업자에게 잘 알려져 있다. 또한, 분석이 샌드위치 분석일 때, 포획 분자(818) 및 검출 분자(824)는 표적 분석물(816)에 대해 구체적으로 선택될 수 있고, 두 분자 모두 표적 분석물(816)에 결합하여 포획 분자(818), 검출 분자(824) 및 표적 분석물(816)(마그네틱 비드(820) 및 검출 라벨(826)과 함께)을 포함하는 복합체(834)를 생성하기 위해 표적 분석물(816)의 상이한 에피토프가 표적화되는 것을 보장하도록 쌍을 이룬다는 것을 이해해야 한다. 또한, 경쟁적 및 표지된-항원 구조와 같으나 이에 제한되지 않는 다른 분석 구조가 본 발명의 범위 내에 있음을 이해해야 한다.
분석 스택(804)은 또한 제1 분리 층(806)에 인접하게 위치되는 제2 분리 층(808)(예를 들어, 소수성 멤브레인, 저분자량 컷-오프 멤브레인, 또는 이들의 조합)을 포함한다. 제2 분리 층(808)은 활성화된 전자석(852)의 존재 하에 제1 복합체(822) 중 하나 및 제2 복합체(828) 중 하나에 결합된 표적 분석물(816)을 포함하는 제3 복합체(834)가 검출 멤브레인(812)을 통과할 수 있도록 충분히 큰 기공 크기를 갖는 기공(842)을 포함할 수 있다. 제2 분리 층(808)은 또한 활성화된 전자석(852)의 존재 시에 결합되지 않은 제2 복합체(836)가 검출 멤브레인(812)으로 통과하는 것을 방지하기에 충분히 작은 기공 크기를 갖는 기공(842)을 포함할 수 있고(도 8b 내지 도 8f 참조), 제3 복합체(834)의 일부로서 표적 분석물(816)에 결합되지 않은 초과 검출 라벨(826)이 검출 멤브레인(812)을 통과하여 잠재적으로 기질(830)과 상호작용할 수 있기 때문에, 이러한 결합되지 않은 제2 복합체(836)의 통과는 분석의 정확도를 감소시킬 수 있고, 실제로 존재하는 것보다 유체 샘플(814)에서 표적 분석물(816)의 더 높은 농도의 존재를 나타내는 분석 결과를 초래할 수 있다. 또한, 활성화된 전자석(852)의 존재 시에 검출 멤브레인(812)으로의 결합되지 않은 제1 복합체(838)의 통과는 결합되지 않은 제1 복합체(838)가 검출 라벨(826)을 포함하지 않기 때문에 허용된다는 것을 이해해야 한다.
일부 실시예들에서, 분자(예를 들어, 항체)는 약 150,000 달톤 이상의 분자량을 가질 수 있기 때문에, 기공(842)은 검출 분자(824) 및 검출 라벨(826)을 포함하는 결합되지 않은 제2 복합체(836)가 기공(824)을 통과하는 것을 방지하기 위해 약 150,000 달톤 이하, 예를 들어 약 125,000 달톤 이하, 약 100,000 달톤 이하의 분자량 컷-오프를 갖는 기공 크기를 가질 수 있다. 검출 분자(824) 및 검출 라벨(826)을 포함하는 제2 복합체(836)는 분자(예를 들어, 항체)로서 기공(842)을 통해 약 150,000 달톤 이상의 분자량을 가질 수 있다. 또한, 제1 복합체(822)가 또한 약 150,000 달톤 이상의 분자량(예를 들어, 포획 분자(818))을 가질 수 있는 분자(예를 들어, 항체)를 포함하지만, 전자석(852)의 활성화 시에 제1 복합체(822)의 마그네틱 비드(820)의 존재는 제2 복합체(828)가 제2 분리 층(808)을 통해 검출 멤브레인(812)으로 통과할 수 있도록 충분한 힘을 제공한다.
제2 분리 층(808)의 기공 크기에 더하여, 제2 분리 층(808)은 또한 제2 복합체(828)에서 사용되는 특정 검출 분자(824)에 기초한 소망하는 분자량 컷-오프를 갖도록 제2 분리층(808)을 조정하기 위해 적용될 수 있는 친수성 처리(810)(예를 들어, 코팅)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 친수성 처리(810)는 하나 이상의 계면활성제를 포함할 수 있다. 비이온성 계면활성제(예를 들어, 친수성 폴리에틸렌 옥사이드 사슬 및 예를 들어 트리톤 X-100과 같은 방향족 탄화수소 친유성 그룹을 갖는 계면활성제, 트윈(Tween) 20, 트윈 40 및 트윈 80 등과 같이, 올리고(에틸렌 글리콜) 사슬의 친수성 헤드 그룹과 지방산 에스테르 잔기의 소수성 테일을 포함하는 폴리소르베이트 분자를 포함하는 계면활성제), 음이온성 계면활성제(예를 들어, 소듐 라우레스 설페이트, 소듐 도데실 설페이트 등), 및 양이온성 계면활성제(예를 들어, 메틸 트리에탄올암모늄)을 포함하지만 이에 제한되지 않는 친수성 처리(810)를 형성하기 위해 당업자에게 공지된 임의의 적합한 계면활성제가 사용될 수 있다. 어쨌든, 제2 분리 층(808)을 형성하기 위한 저분자량 컷-오프 멤브레인 재료, 소수성 멤브레인 재료, 친수성 처리 또는 코팅 등의 조합은 전자석(852)의 전자석 신호(853)의 자기장 강도, 마그네틱 비드(820)의 크기 및 사용된 재료의 분자량 컷-오프에 기초하여 당업자에 의해 최적화될 수 있음을 이해해야 한다.
존재하고 제1 복합체(822)와 제2 복합체(828) 사이에 샌드위치된 임의의 표적 분석물(816)을 포함하는 임의의 형성된 제3 복합체(834) 뿐만 아니라 포획 분자(818) 및 마그네틱 비드(820)를 포함하는 임의의 결합되지 않은 제1 복합체(838)가 하나 이상의 전자석(852)에 의해 방출된 자기력 또는 신호(853)에 응답하여 제2 분리 층(808)의 기공(842)를 통과한 후에, 제3 복합체(834) 각각의 검출 라벨(826)은 검출 멤브레인(812)에 존재하는 기질(830)과 반응할 수 있다(도 8d 내지 도 8f 참조). 기질(830)과 존재하는 임의의 검출 라벨(826) 사이의 반응은 표적 분석물(816)이 존재하는 경우 정량화 가능한 반응(844)(예를 들어, 비색 반응, 형광 반응, 전기화학적 반응 등)을 도출할 수 있으며, 정량화 가능한 반응(844)은 도 8e 및 도 8f에 도시된 바와 같이 검출 멤브레인(812)에 존재하는 검출 분자(824)의 양에 대응한다. 또한, 검출 멤브레인(812)에 존재하는 검출 분자(824)의 양은 유체 샘플(814)에 존재하는 표적 분석물(816)의 양에 대응한다. 일 실시예에서, 기질(830)은 검출 라벨(826)을 위한 하나 이상의 시약을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 기질(830)은 검출 분자(824)에 부착된 검출 라벨(826)에 의해 촉매화되어 검출 멤브레인(812) 내에 검출 가능한 신호를 제공하는 하나 이상의 시약을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기질(830)은 제1 시약 및/또는 제2 시약을 포함할 수 있고, 제2 시약은 제1 시약에 대한 산화제 또는 이의 전구체일 수 있다. 또한, 제1 시약과 산화제 사이의 반응은 검출 멤브레인(812)에서 검출 가능한 신호를 제공하기 위해 검출 라벨(826)에 의해 촉매될 수 있다.
제1 및 제2 시약의 선택은 제2 복합체(828)의 일부인 검출 라벨(826)에 따라 달라질 수 있다. 제1 시약은 검출 라벨(826)의 존재 시에 제2 시약과 반응할 수 있다. 적합한 제1 시약은 테트라메틸벤지딘(TMB), 알파 구아야콘산, 2,2'-아지노-비스(3-에틸벤조티아졸리딘-6-술폰산), 하이드로퀴논, 페닐렌디아민, o-디아니시딘, o-톨리딘(디메틸벤지딘), 6- 메톡시퀴놀린, 3,3'-디아미노벤지딘, 3-아미노-9-에틸카르바졸 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 제2 시약은 산화제 또는 이의 전구체일 수 있고, 검출 라벨(826)의 존재 하에 제1 시약과 반응할 수 있다. 퍼옥시다아제를 포함하는 검출 라벨(826)의 검출에 적합한 제2 시약은 과산화수소 또는 이의 전구체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 시약은 과산화 요소 또는 과붕산 나트륨을 포함할 수 있다. 따라서, 제1 시약은 퍼옥시다아제 검출 라벨(826)의 존재 하에 과산화수소와 반응하는 화합물일 수 있다. 또한, 글루코스 옥시다아제 검출 라벨(826)의 검출에 적합한 제2 시약은 글루코스 또는 이의 전구체를 포함할 수 있다. 일부 바람직한 실시예들에서, 퍼옥시다아제 검출 라벨(826)의 검출을 위한 기질(830)은 테트라메틸벤지딘(TMB) 및 퍼보레이트(PER)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기질(830)은 단일 시약(즉, 제1 시약만)을 포함할 수 있다. 시약과 검출 라벨(826) 사이의 반응은 제2 시약을 필요로 하지 않고 검출 가능한 신호를 제공할 수 있다. 이는 예를 들어, 알칼리 포스파타아제 검출 라벨(826)의 검출에 유용할 수 있다. 알칼리 포스파타아제의 검출에 적합한 시약은 1-나프틸-포스페이트; 5-브로모-4-클로로-3-인돌릴 포스페이트(BCIP); 하이드로퀴논 디포스페이트; 페놀프탈레인 포스페이트; 4-아미노페닐 포스페이트; 3-이독실 포스페이트; 및 페닐 포스페이트를 포함한다. 그러나, 기질(830)은 이용되는 특정 검출 라벨(826)에 기초하여 당업자에게 공지된 다른 시약을 포함할 수 있음을 이해해야 한다.
어쨌든, 검출 멤브레인(812)에서의 정량화 가능한 반응(844)(예를 들어, 비색 반응, 형광 반응, 전기화학적 반응 등)은, 정량화 가능한 반응이 색상 변화일 때 예를 들어, 도 8f에 도시된 바와 같은 광 검출 장치(854)를 포함할 수 있는 하나 이상의 검출 장치에 의해 검출될 수 있다. 한편, 하나 이상의 광원(831)은 검출 멤브레인(812)(예를 들어, 발색 멤브레인)에서 정량화 가능한 반응(844)(예를 들어, 색상 변화)을 검출하기 위한 광을 제공하고, 광 검출 장치(864) 근처에 위치될 수 있다. 비색 반응의 경우에, 하나 이상의 광원(831)은 광 검출 장치(854)에 대응하는 검출 멤브레인(812)(예를 들어, 발색 멤브레인)에서 정량화 가능한 반응(844)(예를 들어, 색상 변화)을 분석하기 위해 광을 제공한다. 전술한 바와 같이, 광 검출 부재에 대한 광자 플럭스가 정확한 판독값을 얻기에 충분하다는 것을 보장하기 위해 각각의 광 검출 부재에 하나 이상의 광원을 전용으로 사용하는 것이 유리하다. 일부 실시예들에서, 특정 광 검출 장치(854) 전용 광원(831)은 동일한 출력 스펙트럼을 갖는다. 그러나, 다른 실시예들에서, 주어진 광 검출 장치(854)에 대응하는 광원(831)은 상이한 출력 스펙트럼을 생성한다. 예를 들어, 광원은 다양한 색상의 광을 생성하는 발광 다이오드(LED)일 수 있다. 일반적으로, 분석 판독기에서 광을 지향하게 하거나 및/또는 광 산란의 양을 줄이기 위해 광학 부재를 포함하는 것이 유리하다. 소망하는 경우, 광 검출 장치(854)에는 광 검출 장치(854)에 의한 검출을 위해 사전에 결정된 파장 또는 파장 범위의 광만을 허용하는 필터가 장착될 수 있다. 예를 들어, 광원(831)이 비색 분석을 위해 백색 광만 제공하도록 장착된 경우에 유용할 수 있다. 또한, 광원(831)으로부터의 광 및 광 검출 장치(854)에 의해 검출되는 광은 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 렌즈, 필터, 셔터, 광 섬유, 광 가이드 등과 같은 광학 부재를 사용하여 지시되거나 조작될 수 있다. 보다 일반적으로, 광원(831)이 검출 멤브레인(812)에서 반사된 유색 광을 정확하게 판독하기 위해 광 검출 장치(854)에 적합한 파장(들) 및 밝기의 광을 제공하는 한, 본 발명의 분석 판독기에 유용한 광원(831)은 특별히 제한되지 않는다.
검출 멤브레인(812)은 도 8a 내지 도 8f에 도시된 바와 같이 하나 이상의 안정화제(832)를 포함할 수 있다는 것도 이해해야 한다. 이러한 안정화제(832)는 네오 실크 프로틴 세이버; 만니톨, 트레할로스 또는 기타 슈거; 폴리프로필렌 글리콜-폴리에틸렌 글리콜 블록 공중합체 또는 다른 친수성-소수성 블록 공중합체; 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
도 9는 복수의 분석을 수행하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 분석 시스템을 사용하는 방법(900)을 예시하는 흐름도이다. 상기 방법(900)은 표적 분석물 또는 관심 분석물을 포함할 수 있는 유체 샘플을 카트리지의 채널로 수용하는 단계(910)를 포함한다. 단계(920)는 카트리지를 분석 판독기에 삽입함으로써 카트리지를 압축하여 채널에 저장된 표적 분석물을 카트리지의 분석 스택에 노출시켜 하나 이상의 분석 반응을 개시하는 단계를 수반한다. 단계(930)는 복수의 분석 반응과 관련된 하나 이상의 신호 변화를 검출하는 단계를 수반한다. 상기 방법(900)은 위에서 상세히 설명된 계량 스택 및 분석 스택의 다양한 구성요소를 통해 하나 이상의 신호 변화를 검출하기 위해 당업자가 이해할 수 있는 임의의 추가 단계를 포함할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지 제조 방법(1000)을 예시하는 흐름도이다. 상기 방법은 제1 분리 층을 얻고, 포획 분자와 마그네틱 비드를 포함하는 복수의 제1 복합체 및 검출 분자와 검출 라벨을 포함하는 복수의 제2 복합체를 혈장 분리 멤브레인에 적용하며, 및 복수의 제1 복합체 및 복수의 제2 복합체를 건조시키는 단계; (단계 1010) 및 제2 분리 층을 얻는 단계(단계 1020)를 포함한다. 상기 방법(1000)은 또한 검출 멤브레인을 얻고, 검출 멤브레인에 기질을 적용하며 및 기질을 건조시키는 단계(단계 1030)를 포함한다. 또한, 상기 방법(1000)은 제1 분리 층과 검출 멤브레인 사이에 제2 분리 층을 위치시키는 단계를 포함한다. 상기 방법에서, 기질은 검출 라벨과 상호 작용하여 카트리지에 도입된 유체 샘플에 표적 분석물이 존재할 때 정량화 가능한 반응을 도출한다. 또한, 정량화 가능한 반응은 검출 멤브레인에 존재하는 검출 분자의 양에 대응하고; 색상 검출 멤브레인에 존재하는 검출 분자의 양은 유체 샘플에 존재하는 표적 분석물의 양에 대응한다.
본 발명의 다양한 실시예들이 위에서 설명되었지만, 이들은 단지 예로서 제시된 것이며 제한하기 위한 것이 아님을 이해해야 한다. 마찬가지로, 다양한 다이어그램은 본 발명에 포함될 수 있는 특징 및 기능을 이해하는데 도움이 되도록 수행되는 본 발명에 대한 예시적인 아키텍처 또는 다른 구성을 묘사할 수 있다. 본 발명은 도시된 예시적인 아키텍처 또는 구성에 제한되지 않고, 다양한 대안적인 아키텍처 및 구성을 사용하여 구현될 수 있다. 추가적으로, 본 발명이 다양한 예시적인 실시예들 및 구현예들의 관점에서 위에서 설명되었지만, 개별 실시예들 중 하나 이상에서 설명된 다양한 특징 및 기능은 그들이 설명된 특정 실시예에 대한 적용 가능성에 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 대신에, 이러한 실시예들이 기술되었는지 여부 및 이러한 특징이 기술된 실시예의 일부로서 제시되었는지 여부에 관계없이 본 발명의 다른 실시예 중 하나 이상에 단독으로 또는 일부 조합으로 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 폭과 범위는 전술한 예시적인 실시예에 의해 제한되어서는 안된다.
다르게 정의되지 않는 한, 모든 용어(기술 및 과학 용어 포함)는 본원 명세서에서 명시적으로 정의되지 않는 한 당업자에게 통상적이고 관례적인 의미로 부여되어야 하며 특별한 의미 또는 사용자 정의된 의미로 제한되지 않는다. 본 발명의 특정 특징 또는 양태를 설명할 때 특정 용어의 사용은 용어가 해당 용어가 연관된 본 발명의 특징 또는 양태의 임의의 특정 특징을 포함하도록 제한되도록 본원 명세서에서 재정의되고 있음을 의미하는 것으로 간주되어서는 안 됨을 유의해야 한다. 달리 명시되지 않는 한, 본 출원 및 특히 첨부된 청구항에서 사용된 용어 및 구문 및 그 변형은 제한이 아니라 제한이 없는 것으로 해석되어야 한다. 전술한 예로서, '포함하는(including)'이라는 용어는 '포함하되 이에 한정되지 않는', '포함하지만 이에 한정되지 않는' 등을 의미하는 것으로 읽어야 하고; 본 명세서에서 사용된 용어 '포함하는(comprising)'은 '포함하는', '함유하는' 또는 '특징이 있는'과 동의어이며 포괄적이거나 개방적이며 추가의 언급되지 않은 요소 또는 방법 단계를 배제하지 않으며; '갖는'이라는 용어는 '적어도 갖는 것'으로 해석되어야 하고; '포함하다(include)'라는 용어는 '포함하지만 이에 국한되지는 않음'으로 해석되어야 하며; '예시'라는 용어는 논의 중인 항목의 예시적인 사례를 제공하는데 사용되며 전체 또는 제한 목록이 아니고; '알려진', '보통', '표준'과 같은 형용사와 유사한 의미의 용어는 설명된 항목을 주어진 시간 또는 주어진 시간에 사용 가능한 항목으로 제한하는 것으로 해석해서는 안 되며, 대신 현재 또는 미래의 언제든지 사용 가능하거나 알려질 수 있는 알려진, 보통 또는 표준 기술을 포함하는 것으로 해석되어야 하고; '바람직하게', '바람직한', '소망하는' 또는 '바람직한'과 같은 용어 및 유사한 의미의 단어를 사용하는 것은 특정 특징이 본 발명의 구조나 기능에 중요하거나 필수적이거나 심지어 중요하다는 의미로 이해되어서는 안되고, 대신, 본 발명의 특정 실시예에서 이용될 수도 있고 이용되지 않을 수도 있는 대안적 또는 추가적 특징을 강조하기 위한 것으로 이해되어야 한다. 마찬가지로 접속사 '및'으로 연결된 항목 그룹은 해당 항목이 그룹화에 포함되어야 하는 것으로 해석해서는 안 되며 달리 명시되지 않는 한 '및/또는'으로 읽어야 한다. 마찬가지로 접속사 '또는'으로 연결된 항목 그룹은 해당 그룹 간에 상호 배타성을 요구하는 것으로 해석해서는 안되며 달리 명시적으로 언급하지 않는 한 '및/또는'으로 읽어야 한다.
값의 범위가 제공되는 경우, 상한 및 하한, 및 범위의 상한 및 하한 사이의 각각의 중간 값은 실시예들 내에 포함되는 것으로 이해된다.
본원 명세서에서 실질적으로 임의의 복수 및/또는 단수 용어의 사용과 관련하여, 당업자는 문맥 및/또는 적용에 적절하도록 복수에서 단수로 및/또는 단수에서 복수로 번역할 수 있다. 명확성을 위해 다양한 단수/복수 순열이 본원 명세서에 명시적으로 설명될 수 있다. 부정관사 "a" 또는 "an"은 복수형을 배제하지 않는다. 단일 프로세서 또는 기타 유닛은 청구항에 인용된 여러 항목의 기능을 수행할 수 있다. 특정 방안들이 서로 다른 종속 청구항에 기재되어 있다고 해서, 이들 방안들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 의미하지는 않는다. 청구항의 도면부호는 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
또한, 도입된 청구항 인용의 특정 번호가 의도된 경우, 이러한 의도는 청구항에 명시적으로 기재될 것이며, 그러한 기재가 없을 경우 그러한 의도가 존재하지 않는다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 이해를 돕기 위해, 다음의 첨부된 청구항은 청구항 인용을 소개하기 위해 "적어도 하나" 및 "하나 이상"이라는 도입구의 사용을 포함할 수 있다. 그러나, 그러한 문구의 사용은 부정관사 "a" 또는 "an"에 의한 청구항 인용의 도입이 이러한 도입된 청구항 인용을 포함하는 특정 청구항을 이러한 인용을 하나만 포함하는 실시예로 제한한다는 것을 의미하는 것으로 해석되어서는 안 되고, 동일한 청구항이 "하나 이상" 또는 "적어도 하나"라는 도입구와 "a" 또는 "an"(예를 들어, "a" 및/또는 "an"은 일반적으로 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 함)과 같은 부정관사를 포함하는 경우에도 마찬가지이며; 청구항 인용을 도입하기 위해 사용되는 정관사의 사용에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 도입된 청구항 인용의 특정 번호가 명시적으로 인용되더라도, 당업자는 이러한 기재가 일반적으로 적어도 인용된 번호를 의미하는 것으로 해석되어야 함을 인지할 것이다(예를 들어, "두번의 인용", 다른 수식어 없이 일반적으로 적어도 2회 이상 또는 2회 이상의 인용을 의미함). 또한 "A, B, C 등 중 적어도 하나"와 유사한 규칙이 있는 경우. 일반적으로 이러한 구성은 당업자가 관례를 이해할 것이라는 의미에서 사용된다(예를 들어, "A, B 및 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템"은 A 단독, B 단독, C 단독, A와 B 함께, A와 C 함께, B와 C 함께, 및/또는 A, B, C 함께 등을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다). "A, B 또는 C 등 중 적어도 하나"와 유사한 규칙이 있는 경우. 일반적으로 이러한 구성은 당업자가 관례를 이해할 것이라는 의미에서 사용된다(예를 들어, "A, B 또는 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템"은 A 단독, B 단독, C 단독, A와 B 함께, A와 C 함께, B와 C 함께, 및/또는 A, B, C 함께 등을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다). 설명, 청구항 또는 도면에 있든 관계없이 두 개 이상의 대체 용어를 제시하는 거의 모든 분리 단어 및/또는 구는 용어 중 하나, 용어 중 하나 또는 두 용어 모두를 포함할 가능성을 고려하는 것으로 이해되어야 한다는 것을 당업자는 추가로 이해할 것이다. 예를 들어, "A 또는 B"라는 문구는 "A" 또는 "B" 또는 "A 및 B"의 가능성을 포함하는 것으로 이해될 것이다.
본원 명세서에 사용된 성분의 양, 반응 조건 등을 나타내는 모든 숫자는 '약'이라는 용어에 의해 모든 경우에 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 나타내지 않는 한, 본원 명세서에 제시된 수치 파라미터는 얻고자 하는 소망하는 특성에 따라 달라질 수 있는 근사치이다. 적어도 본 출원에 대한 우선권을 주장하는 임의의 출원에서 임의의 청구항의 범위에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 시도가 아니라, 각각의 수치 파라미터는 유효 자릿수 및 일반적인 반올림 방식을 고려하여 해석되어야 한다.
본원 명세서에 개시된 모든 특징(첨부된 증거물, 청구항, 요약 및 도면 포함) 및/또는 그렇게 개시된 임의의 방법 또는 프로세스의 모든 단계는 이러한 특징 및/또는 단계 중 적어도 일부가 상호 배타적인 조합을 제외하고 임의의 조합으로 조합될 수 있다. 본 발명은 전술한 임의의 실시예들의 세부 사항에 제한되지 않는다. 본 발명은 본원 명세서에 개시된 특징(첨부된 청구항, 요약 및 도면 포함)의 임의의 신규한 것 또는 임의의 신규한 조합, 또는 임의의 방법 또는 프로세스 단계의 임의의 신규한 것 또는 임의의 신규한 조합으로 확장된다.
본 주제는 그의 다양한 특정 예시적 실시예에 대해 상세하게 설명되었지만, 각각의 예는 설명을 위해 제공되며 개시 내용을 제한하지 않는다. 당업자는 전술한 내용을 이해할 때 이러한 실시예에 대한 변경, 변형 및 등가물을 용이하게 생성할 수 있다. 따라서, 본 발명은 당업자에게 명백한 바와 같이 본 발명에 대한 이러한 수정, 변형 및/또는 추가의 포함을 배제하지 않는다. 예를 들어, 일 실시예의 일부로서 예시되거나 설명된 특징은 다른 실시예와 함께 사용되어 또 다른 실시예를 산출할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 변경, 변경 및 등가물을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (25)

  1. 유체 샘플에 포함된 표적 분석물을 수집하고 표적 분석물에 대한 분석을 수행하는 카트리지로,
    상기 카트리지는 분석 스택을 포함하고,
    상기 분석 스택은,
    제1 분리 층;
    포획 분자 및 마그네틱 비드를 포함하는 복수의 제1 복합체;
    검출 분자 및 검출 라벨을 포함하는 복수의 제2 복합체;
    제2 분리 층; 및
    검출 멤브레인을 포함하며,
    검출 멤브레인은 표적 분석물이 존재하는 경우 정량화 가능한 반응을 도출하도록 검출 라벨과 상호작용하는 기질을 포함하고, 정량화 가능한 반응은 검출 멤브레인에 존재하는 검출 분자의 양에 대응하고, 검출 멤브레인에 존재하는 검출 분자의 양은 유체 샘플에 존재하는 표적 분석물의 양에 대응하는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 분리 층은 (1) 제1 복합체 중 하나 및 (2) 제2 복합체 중 하나에 결합된 표적 분석물을 포함하는 제3 복합체가 활성화된 전자석의 존재 시에 검출 멤브레인을 통과하게 하는 소수성 멤브레인, 저분자량 컷-오프 멤브레인 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 분리 층은 결합되지 않은 제2 복합체가 검출 멤브레인으로 통과하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  4. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 분리 층은 친수성 처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 친수성 처리는 계면활성제를 포함하는 코팅인 것을 특징으로 하는 카트리지.
  6. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표적 분석물은 혈액, 타액, 땀, 소변, 림프액, 눈물, 윤활액, 모유, 혈청, 혈장, 담즙 또는 이들의 성분으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 유체 샘플 내에 포함되는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유체 샘플은 혈액이고, 제1 분리 층은 적혈구가 제2 분리 층과 접촉하는 것을 방지하는 혈장 분리 멤브레인인 것을 특징으로 하는 카트리지.
  8. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출 라벨은 퍼옥시다아제 효소를 포함하는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기질은 퍼옥시다아제 효소에 대한 시약을 포함하는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  10. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 카트리지는 임의의 세척 단계 또는 이동 부품 없이 표적 분석물에 대한 분석을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  11. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 카트리지의 적어도 하나의 구성요소는 압축 가능하여 카트리지의 비압축 상태 및 압축 상태를 허용하는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  12. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    카트리지의 채널을 따라 표적 분석물을 포함하는 유체 샘플을 수용 및 분배하도록 구성되는 계량 스택을 또한 포함하고,
    채널은 다공성 또는 메쉬 재료를 포함하는 하부를 가지며, 계량 스택은 또한 채널과 연통하는 하나 이상의 통기 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  13. 제11항 및 제12항에 있어서,
    계량 스택과 분석 스택 사이에 스페이서 재료가 배치되고, 스페이서 재료는 카트리지가 압축되지 않은 상태일 때, 계량 스택과 분석 스택 사이에 표적 분석물이 계량 스택으로부터 분석 스택으로 흐르는 것을 방지하는 갭을 제공하는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  14. 제11항 및 제12항 또는 제13항에 있어서,
    다공성 또는 메쉬 재료는 카트리지의 적어도 하나의 구성요소의 압축 시에 표적 분석물이 계량 스택에서 분석 스택으로 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  15. 카트리지의 제조 방법으로,
    상기 방법은,
    포획 분자와 마그네틱 비드를 포함하는 복수의 제1 복합체 및 검출 분자와 검출 라벨을 포함하는 복수의 제2 복합체를 제1 분리 층에 적용하는 단계;
    제1 분리 층 상에서 복수의 제1 복합체 및 복수의 제2 복합체를 건조시키는 단계;
    기질을 검출 멤브레인에 적용하는 단계;
    검출 멤브레인 상에서 기질을 건조시키는 단계; 및
    제1 분리 층과 검출 멤브레인 사이에 제2 분리 층을 위치시키는 단계를 포함하고,
    기질은 검출 라벨과 상호 작용하여 카트리지에 도입된 유체 샘플에 표적 분석물이 존재하는 경우 정량화 가능한 반응을 도출하도록 구성되며,
    정량화 가능한 반응은 검출 멤브레인에 존재하는 검출 분자의 양에 대응하고; 및
    검출 멤브레인에 존재하는 검출 분자의 양은 유체 샘플에 존재하는 표적 분석물의 양에 대응하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 분리 층에 친수성 처리를 적용하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 검출 라벨은 퍼옥시다아제 효소를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 기질은 퍼옥시다아제 효소에 대한 시약을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  19. 유체 샘플에 포함된 표적 분석물을 수집하고 표적 분석물에 대한 분석을 수행하는 시스템으로,
    상기 시스템은 분석 스택을 포함하고,
    상기 분석 스택은,
    제1 분리 층;
    포획 분자 및 마그네틱 비드를 포함하는 복수의 제1 복합체;
    검출 분자 및 검출 라벨을 포함하는 복수의 제2 복합체;
    제2 분리 층;
    검출 멤브레인으로, 검출 멤브레인은 표적 분석물이 존재하는 경우 정량화 가능한 반응을 도출하도록 검출 라벨과 상호작용하는 기질을 포함하고, 정량화 가능한 반응은 검출 멤브레인에 존재하는 검출 분자의 양에 대응하고, 검출 멤브레인에 존재하는 검출 분자의 양은 유체 샘플에 존재하는 표적 분석물의 양에 대응하는, 검출 멤브레인; 및
    제1 복합체 중 하나 및 제2 복합체 중 하나에 결합된 표적 분석물을 포함하는 제3 복합체를 제2 분리 층을 통해 검출 멤브레인으로 끌어당기는 전자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제2 분리 층은 전자석이 활성화될 때 제1 복합체 중 하나 및 제2 복합체 중 하나에 결합된 표적 분석물을 포함하는 제3 복합체가 검출 멤브레인을 통과하게 하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 제2 분리 층은 결합되지 않은 제2 복합체가 검출 멤브레인으로 통과하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  22. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 채널을 따라 표적 분석물을 수용 및 분배하도록 구성되는 계량 스택을 또한 포함하고,
    채널은 다공성 또는 메쉬 재료를 포함하는 하부를 가지며, 계량 스택은 채널과 연통하는 하나 이상의 통기 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  23. 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 전자석을 포함하는 분석 판독기 및 분석 스택을 포함하는 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  24. 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  25. 분리된 유체 샘플에서 표적 분석물에 대한 분석을 수행하기 위한 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 카트리지의 인-비트로 용도.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6319559A (ja) 1986-07-11 1988-01-27 Fuji Photo Film Co Ltd 免疫分析方法
WO2005088300A1 (en) * 2004-03-16 2005-09-22 Fuji Photo Film Co., Ltd. Assay chip
CN101495868A (zh) 2006-07-28 2009-07-29 博适公司 利用磁性颗粒进行受体结合试验的装置和方法
GB201218555D0 (en) 2012-10-16 2012-11-28 Mode Diagnostics Ltd Immunoassay using electrochemical detection
JP2014149172A (ja) 2013-01-31 2014-08-21 Univ Of Tokushima 新規なビーズアッセイシステム
US20190353646A1 (en) * 2016-11-23 2019-11-21 Luka FAJS Device and method to determine or quantify the presence of an analyte molecule
US10293340B2 (en) * 2017-10-11 2019-05-21 Fitbit, Inc. Microfluidic metering and delivery system
WO2019211218A1 (en) 2018-05-02 2019-11-07 Hahn-Schickard-Gesellschaft Für Angewandte Forschung E. V. Immunoassay for an automated system

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