KR20230038570A - 자기 요소들 및 상대적 회전 이동에 의한 샘플 용해 - Google Patents

Abstract

용해 장치는 샘플을 수용하기 위한 챔버 및 챔버 내에 위치된 적어도 하나의 자기 액추에이터 뿐만 아니라 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 자기 요소들을 포함한다. 그 위에서, 그러한 용해 장치는 챔버와 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 자기 요소들 사이에서 상대적 회전 이동을 달성하기 위한 구동 수단을 포함하며, 여기서 자기 요소들의 극성은 상대적 회전 이동의 원형 경로 및 그에 따라, 예를 들어 챔버에 대해 반대여서, 챔버 내에 배열된 자기 액추에이터는 샘플의 용해를 달성하기 위해 병진 및 회전 둘 모두로 이동된다. 여기서, 챔버는, 예를 들어 챔버 내에 위치된 적어도 하나의 자기 액추에이터가 병진 및 회전 둘 모두로 이동할 수 있게 하도록 그의 치수설정 또는 유연한 외측 쉘에 의해 구성된다.

Description

자기 요소들 및 상대적 회전 이동에 의한 샘플 용해

본 개시내용은 자기 요소들 및 상대적 회전 이동(rotational relative movement)에 의한 샘플의 용해(lysis)를 위한 장치들 및 방법들에 관한 것으로, 특히 원심 미세유체공학(centrifugal microfluidics) 분야의 개개의 장치들 및 방법들에 관한 것이다.

생물학 및 의학에서, 미생물들은 미생물들의 내부에 도달하기 위해 기계적 마찰, 충격 및 전단력들에 의하여 연구 목적들을 위해 개방된다. 예를 들어, 세포들은 세포 내부의 단백질들 및/또는 DNA에 도달하기 위해 능동적으로 분해될 수 있다. 미생물들의 그러한 개방은 또한 용해로 지칭된다. 따라서, 미생물들의 그러한 개방을 달성하는 장치들 및 방법들은 용해 장치들 및 용해 방법들로 지칭될 수 있다.

기계적 마찰, 충격 및 전단력들에 의해 미생물들을 개방하기 위한 상이한 방법들이 알려져 있다.

원심 미세유체공학 시스템들에서, 자기 액추에이터들의 병진, 반경방향 이동 방법들은 Kido 등의 [1] 및 CA 2827614 C에서 발견될 수 있다. Kidoet 등의 [1]은 세포 용해를 위한 원심 미세유체 방법을 설명하며, 여기서 전단력 및 마찰력이 자기 액추에이터의 병진, 반경방향 이동에 의해 실현된다. CA 2827614 C에서, 디스크형 액추에이터는 또한 챔버 내에서 외부 자기력들에 의해 병진, 반경방향 이동으로 이동된다. 둘 모두의 접근법들의 기능은 유사하다.

원심 미세유체 시스템에서의 자기 액추에이터들의 병진 방위각(translational azimuthal) 이동 방법은 Siegrist et 등의 [2]에 의해 설명된다. 지금까지 설명된 시스템들과는 대조적으로, Siegrist 등의 [2]는 원심 미세유체 방법을 개시하며, 여기서 유리 입자들의 마찰이 병진 방위각 이동에 의해 실현된다.

비-원심 미세유체 시스템에서의 자기 액추에이터들의 병진 이동 방법이 특허 US 8356763 B2에 개시되어 있다. US 8356763 B2는 전자석들을 스위칭 온, 오프 및 오버함으로써 자기 작동을 생성하는 시스템을 비-원심 미세유체 용해 시스템으로서 설명한다. 여기서, 자기 액추에이터는 병진 이동되고, 회전 이동은 챔버에 의해 방지된다.

비-원심 미세유체 시스템에서의 자기 액추에이터의 병진 및 회전 이동 방법이 US 10138458 B2에 개시되어 있으며, 여기서 세포들의 용해를 위한 방법이 설명되어 있다. 회전하는 외부 자석들은 회전 이동들, 병진 이동들 또는 이들 이동들의 조합을 자기 액추에이터에 전달하는 다양한 자기장을 생성한다.

본 발명자들은 종래 기술로부터 알려져 있는 미생물들의 기계적 용해 방법들이 여러가지 단점들을 겪는다는 것을 발견하였다. 예를 들어, 원심 미세유체 접근법들 중 어느 것도 자기 액추에이터를 이동시키기 위한 가능한 모든 자유도들을 사용하지 않는다. 따라서, 자기 액추에이터, 입자들 및 미생물들 사이의 가능한 충돌 잠재성이 완전히 활용되지 않는다. US 10138458 B2에 설명된 바와 같은 비-원심 시스템에서, 자유도들이 부분적으로 활용된다. 그러나, 이는 미생물들의 용해 단계에 대해 배타적으로 사용될 수 있는 복잡한 구조를 요구한다. 모든 추가적인 단계들의 처리는 수동으로 발생해야 한다.

용해의 효율성과 처리 노력 사이의 개선된 트레이드오프를 획득하는 것이 본 개시내용의 기본 목적이다.

이러한 목적은 청구항 제1항에 따른 장치 및 청구항 제19항에 따른 방법에 의해 해결된다.

본 개시내용의 예들은 샘플을 수용하기 위한 챔버 및 챔버 내에 위치된 적어도 하나의 자기 액추에이터 뿐만 아니라, 예를 들어 영구 자석들 또는 전자석들로서 구성될 수 있는 챔버 외부에 위치된 적어도 2개의 자기 요소들을 포함하는 용해 장치를 제공한다. 여기서, 예를 들어 챔버는 용해 챔버, 및/또는 유체 모듈 또는 카트리지의 일부일 수 있다. 예를 들어, 챔버 내의 자기 액추에이터는 용해 챔버, 및/또는 유체 모듈 또는 카트리지의 일부일 수 있다. 챔버 내의 자기 액추에이터는, 예를 들어 영구 자석으로서 구성될 수 있다. 그 위에서, 그러한 용해 장치는 챔버와 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 자기 요소들 사이에서 상대적 회전 이동을 달성하기 위한 구동 수단을 포함하며, 여기서 자기 요소들의 극성은 상대적 회전 이동의 원형 경로 및 그에 따라 챔버에 대해 반대여서, 챔버 내에 배열된 자기 액추에이터는 샘플의 용해를 달성하기 위해 병진 및 회전 둘 모두로 이동된다. 여기서, 챔버는, 예를 들어 챔버 내에 위치된 적어도 하나의 자기 액추에이터가 병진 및 회전 둘 모두로 이동할 수 있게 하도록 그의 치수설정(dimensioning) 또는 유연한 외측 쉘(outer shell)에 의해 구성된다.

본 개시내용의 예들은 용해 방법을 제공하며, 여기서 샘플은 챔버 또는 용해 챔버 내로 도입되고, 예를 들어 영구 자석으로서 구성된 적어도 하나의 자기 액추에이터는 챔버 내에 위치되고, 챔버는, 예를 들어 챔버 내에 위치된 적어도 하나의 자기 액추에이터가 병진 및 회전 둘 모두로 이동할 수 있게 하도록 그의 치수설정 또는 유연한 외측 쉘에 의해 구성된다. 여기서, 챔버는, 예를 들어 유체 모듈 또는 카트리지의 일부일 수 있다. 방법에서, 구동 수단은 샘플 및 적어도 하나의 자기 액추에이터가 위치되는 챔버와 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 자기 요소들 사이에서 상대적 회전 이동을 달성하며, 여기서 챔버 외부의 적어도 2개의 자기 요소들의 극성은 상대적 회전 이동의 원형 경로 및 그에 따라 챔버에 대해 반대여서, 챔버에 배열된 자기 액추에이터는 샘플의 용해를 달성하기 위해 병진 및 회전 둘 모두로 이동된다. 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 자기 요소들은 영구 자석들 또는 전자석들로서 구성될 수 있다.

본 개시내용의 예들은, 챔버 외부의 적어도 2개의 자기 요소들과 용해될 샘플 및 적어도 하나의 자기 액추에이터를 포함하는 챔버 사이의 상대적 회전 이동의 도움으로 원심 기계적 용해 장치에서 병진 및 회전 둘 모두로 챔버 내에서 자기 액추에이터를 이동시키는 핵심 아이디어에 기초한다. 챔버 내의 자기 액추에이터의 병진이동 및 회전은, 챔버 외부의 적어도 2개의 자기 요소들이 상대적 회전 이동의 원형 경로 및 그에 따라 챔버에 대해 반대로 분극화된다는 점에서, 챔버 외부의 적어도 2개의 자기 요소들의 극성에 의해 가능해진다는 것이 밝혀졌다. 이는 챔버 내의 자기 액추에이터가 병진이동 뿐만 아니라 회전을 수행하는 효과를 가질 수 있다. 예들에서, 상대적 회전 이동은 챔버가 회전 축을 중심으로 회전한다는 점에서 달성된다. 예들에서, 상대적 회전 이동은 챔버 외부의 2개의 자석들이 동일한 회전 축을 중심으로 회전한다는 점에서 달성된다.

예를 들어, 챔버 내에서 자기 액추에이터의 모든 이동 자유도들을 사용함으로써, 예를 들어 용해하기 어려운 샘플들이 적은 시간 노력으로 용해될 수 있다. 더 효율적인 용해에 의해, 예를 들어 그러한 용해 장치의 설치 공간의 감소가 실현될 수 있다. 원심 기계 장치에서 모든 자유도들을 사용함으로써, 용해의 이러한 효율적인 형태는, 예를 들어 추가적인 샘플 준비 단계들 및/또는 샘플 분석 단계들을 수행하도록 구성된 장치로 간단한 방식으로 통합될 수 있다.

예들에서 자기 요소들은 자극(magnetic pole)들로서 구성된다. 예들에서, 자기 요소들은 용해 장치가 챔버 외부의 자석들을 포함한다는 점에서 개별 자극들이며, 여기서 단지 하나의 자극이 각각 회전 챔버 내의 자기 액추에이터에 상당한 영향을 주어서, 챔버 외부의 자석들의 추가적인 극들의 영향, 일반적으로는 챔버 외부의 각각의 자석의 제2 극의 영향은 챔버 내의 자기 액추에이터에 대해 무시될 수 있다. 그러한 배열에 의해, 특정 용해 애플리케이션들에 대해 바람직할 수 있는 특정 자기장 프로파일들의 구조가 허용될 수 있다. 예들에서, 예를 들어 막대 자석들이 회전 평면에 수직으로 배열되어, 그 자석들의 개개의 제2 극이 회전 챔버로부터 충분히 멀리 떨어져서 그의 개개의 영향이 무시될 수 있을 때, 챔버의 회전 평면에 대해 반경 방향으로 설치 공간 요건을 감소시키는 것이 획득될 수 있다. 예들에서, 자기 요소들은 구부러진 자석들의 극들일 수 있으며, 여기서 구부러진 자석들의 각각의 극은 각각 하나의 자기 요소를 형성한다. 구부러진 자석, 예를 들어 말굽 자석의 나머지는, 예를 들어 챔버의 회전 평면 위 또는 아래에 위치될 수 있다.

예들에서 자기 요소들은 자석들로서 구성된다. 그러한 예들에서, 예를 들어, 제2 자극의 영향에 대한 제약들이 존재하지 않거나, 또는 예를 들어, 자극들로서의 자기 요소들의 구성들에서와 같이 구부러진 자석들에 의한 부가적인 설치 공간 요건이 존재하지 않으므로, 특히 간단한 구조가 가능할 수 있다. 그 위에서, 각각의 자기 요소가 자석인 예들은 특정 용해 애플리케이션들에 대해 바람직할 수 있는 특정 자기장 프로파일들의 구조를 허용한다.

예들에서, 용해 장치는 상대적 회전 이동과 독립적으로, 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 자기 요소들로부터 챔버 내에 배열된 자기 액추에이터에 작용하는 자기장을 적어도 감소시키도록 구성된다. 그에 의해, 예를 들어 상대적 회전 이동을 중지하지 않으면서 용해를 중지하는 것이 가능하다. 이러한 타입의 스위칭-오프는, 예를 들어 추가적인 프로세스 단계들을 위해 상대적 회전 이동이 필요할 때 유리할 수 있다.

예들에서, 용해 장치는 상대적 회전 이동과 독립적으로, 챔버와 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 자기 요소들 사이의 거리를 변경시키기 위한 작동 수단을 포함한다. 이는, 예를 들어 챔버와 그 외부에 배열된 자석들 사이의 상대적 병진 이동에 의해 발생할 수 있다. 그에 의해, 예를 들어 상대적 회전 이동을 중지하지 않으면서 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 자기 요소들의 간단한 병진이동에 의해 용해를 중지하는 것이 가능하다. 예를 들어, 이러한 타입의 스위칭-오프는 구현하기 쉬우며, 예를 들어 추가적인 프로세스 단계들을 위해 상대적 회전 이동이 필요하고, 따라서 중지되지 않아야 될 때 유리할 수 있다.

예들에서, 용해 장치는, 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 자기 요소들을 회전 평면에 수직으로 이동시키도록 구성되어, 예를 들어 용해에 대한 그들의 영향이 감소되거나 증가될 수 있어서, 예를 들어 용해가 중지되거나 시작될 수 있게 하는 작동 수단을 포함한다. 따라서, 예를 들어, 적어도 2개의 자기 요소들을 이동시키기 위하여 액추에이터 시스템을 구현하기 위해 반경 방향으로 작은 설치 공간만이 필요하다. 그에 의해, 예를 들어 추가적인 샘플 준비 및 분석 단계들을 수행하도록 구성된 장치로의 전체 통합이 단순화될 수 있다.

예들에서, 용해 장치는 상대적 회전 이동과 독립적으로, 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 자기 요소들을 회전 평면에 평행하게 이동시키도록 구성되어, 예를 들어 상대적 회전 이동을 중지하지 않으면서 용해가 중지될 수 있게 하는 작동 수단을 포함한다. 그러한 예들에서, 적어도 2개의 자기 요소들을 회전 축으로부터 멀리 이동시키기 위해, 예를 들어 챔버 외부에 배열된 자기 요소들이 스프링-장착되고 동일한 회전 축을 중심으로 회전할 때, 원심력이 사용될 수 있다. 예를 들어, 스프링-장착에 의해, 회전 축을 향해 작용하는 힘이 둘 모두의 자기 요소들에 인가될 수 있어서, 회전 속도를 증가시킴으로써, 자기 요소들은 스프링 힘에 대해 회전 축으로부터 멀리 이동될 수 있다. 회전 축으로부터 멀어지고 회전 축을 향하는 이러한 이동은 또한 상대적 회전 이동과 독립적인 병진 이동이다.

예들에서, 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 자기 요소들은, 예를 들어 용해에 대한 그들의 영향이 감소되거나 증가될 수 있도록 제어가능 및/또는 가변 전자석들일 수 있다. 예를 들어, 용해를 시작하거나 중지하는 것은 상대적 회전 이동들과 독립적으로 전자석들에 의해 야기될 수 있어서, 챔버 외부의 적어도 2개의 자석들을 이동시키기 위한 추가적인 액추에이터 시스템을 요구하지 않으면서 이전 또는 이후에 추가적인 프로세스 단계들이 수행될 수 있다. 부가적으로, 더 낮은 설치 공간 요건으로 용해 장치가 구성될 수 있다.

예들에서, 용해 장치는 챔버 내에 위치된 적어도 하나 및 일반적으로는 여러 개의 용해 입자들, 예를 들어 미세입자들, 구형 미세입자들 또는 비드(bead)들을 포함한다. 적어도 하나의 용해 입자는, 예를 들어 유리, 실리카 지르코니아, 지르코니아, 금속 또는 다른 세라믹들 및 유리 재료들로 이루어질 수 있다. 예들에서, 적어도 하나의 용해 입자는, 예를 들어 0.5 mm 미만의 최대 치수들을 가질 수 있다. 여기서, 챔버 내의 샘플에 대한 기계적 효과들이 부가적인 입자들에 의해 증가됨에 따라, 적어도 하나의 용해 입자는 샘플들의 용해를 용이하게 한다.

예들에서, 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 자기 요소들은 용해 시에 정적이며, 구동 수단은 챔버 외부에 배열된 자기 요소들에 대한 회전 축에 대해 챔버를 회전시키도록 구성된다. 그에 의해, 예를 들어 챔버 외부의 적어도 2개의 자기 요소들에 대해 챔버만이 회전하고 어떠한 회전 액추에이터 시스템도 필요하지 않으므로, 용해 장치의 매우 간단한 구조, 및 추가적인 샘플 준비 및 분석 단계들을 수행하도록 구성된 장치로의 간단한 통합이 획득될 수 있다.

예들에서, 다이어프램(diaphragm), 예를 들어 필터 다이어프램 또는 멸균 필터는 챔버 내에 위치되며, 이는 다이어프램 상에서 더 큰 부피 및 후속 용해로부터 미생물들을 농축(enrich)시키는 것을 허용한다.

예들에서, 용해 장치는, 예를 들어 챔버를 가열하기 위해, 예를 들어 120℃의 온도로 챔버의 온도를 변경시키도록 구성되는 템퍼링(tempering) 수단을 포함한다.

여기서, 템퍼링 수단은 접촉 가열로서 구성될 수 있다. 그에 의해, 기계적 용해는 열 입력에 의해 지원될 수 있다.

예들에서, 챔버 외부의 적어도 2개의 자기 요소들은 회전 평면에서 서로 20° 내지 180°의 각도로 배열된다. 각도는 자기 요소들의 개개의 중심들을 회전 축에 연결시키는 라인들 사이에 형성된다. 그에 의해, 자기장의 적합한 프로파일들이 생성될 수 있으며, 이에 의해 자기 액추에이터는 챔버 내에서 회전 및 병진 이동될 수 있다.

예들에서, 상대적 회전 이동은 0.5 Hz 내지 40 Hz, 바람직하게는 2 Hz 내지 30 Hz의 회전 주파수 범위에서 수행된다. 주파수 범위를 선택함으로써, 예를 들어 충분히 좋고 동시에 빠른 결과를 갖는 효율적인 용해가 수행될 수 있다.

예들에서, 챔버는 서로 수직인 3개의 공간 방향들 중 2개의 공간 방향들에서, 적어도, 챔버 내에 위치된 자기 액추에이터의 가장 긴 대각선의 길이, 및 서로 수직인 3개의 공간 방향들 중 제3 공간 방향에서, 적어도, 챔버 내에 위치된 자기 액추에이터의 가장 긴 대각선의 길이에서 20%를 뺀 길이를 포함한다. 예들에서, 챔버는 서로 수직인 3개의 공간 방향들 중 3개의 공간 방향에서, 적어도, 챔버 내에 위치된 자기 액추에이터의 가장 긴 대각선의 길이를 포함한다. 챔버의 그러한 치수설정에 의해, 예를 들어 챔버 내에서의 자기 액추에이터의 자유로운 이동, 또는 예를 들어, 용해에 특히 바람직할 수 있는 자기 액추에이터의 정의된 제한된 이동이 가능할 수 있다.

예들에서, 챔버는 회전 축의 방향, 회전에 대한 반경 방향 및 회전에 대한 방위각 방향에 의해 형성되는 3개의 방향들 중 적어도 2개의 방향들에서, 적어도, 챔버 내에 위치된 자기 액추에이터의 길이의 사이즈를 포함한다. 예를 들어, 챔버의 그러한 치수설정에 의해, 예를 들어 효율적인 용해를 가능하게 하기 위한 특정 타입의 회전이 가능해질 수 있다. 이러한 치수설정은 또한, 예를 들어 장치의 유리한 설계를 허용할 수 있다.

예들에서, 챔버 외부의 적어도 2개의 자기 요소들은 용해 시에, 상대적 회전 이동의 평면에 대하여 챔버에 대해 5 cm의 최대 수직 거리를 포함한다. 예들에서, 챔버 외부의 적어도 2개의 자기 요소들은 용해 시에, 챔버 내에 위치된 액추에이터로부터 5 cm의 최대 반경 거리를 포함한다. 예를 들어, 자기 요소들과 자기 액추에이터 또는 자기 요소들과 챔버의 그러한 거리들에 의해, 효율적인 용해가 가능해질 수 있으며, 동시에, 예를 들어 작은 절연 공간만이 그러한 장치에 대해 필요하다.

예들에서, 용해 장치는 챔버 내에 위치된 적어도 하나의 자기 액추에이터를 그의 퀴리(Curie) 온도 초과로 가열하여, 자석을 비활성화시키도록 구성된 템퍼링 수단을 포함한다. 그에 의해, 예를 들어 챔버 외부에 위치된 적어도 2개의 자석들 또는 전자석들로서의 그들의 가능한 구성에 대한 액추에이터 시스템 또는 상대적 회전 이동과 독립적으로, 용해를 중지하는 옵션이 제공될 수 있다. 이러한 옵션에 의해, 예를 들어 용해 장치의 특히 작은 설계가 획득될 수 있다. 부가적으로, 예를 들어 챔버 내의 자기 액추에이터의 비활성화는 추가적인 프로세스 단계들에 대해 바람직할 수 있다.

예들에서, 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 자기 요소들은 챔버 내에 배열된 자기 액추에이터에 작용하는 자기장을 적어도 감소시키기 위해 상대적 회전 이동과 독립적으로 이동된다. 예를 들어, 그에 의해, 예를 들어 추가적인 프로세스 단계들에 대해 필요한 상대적 회전 이동을 중단하지 않으면서 용해를 중지하는 것이 가능하여, 예를 들어 샘플 준비 및 분석의 프로세스 체인으로의 더 간단한 통합이 가능하다.

예들에서, 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 제어가능 및/또는 가변 전자석들은 챔버 내에 배열된 자기 액추에이터에 작용하는 자기장이 상대적 회전 이동과 독립적으로 적어도 감소되도록 제어 또는 조절된다. 예를 들어, 그에 의해, 예를 들어 추가적인 프로세스 단계들에 대해 필요한 상대적 회전 이동을 중단하지 않으면서 용해를 중지하는 것이 가능하여, 예를 들어 샘플 준비 및 분석의 프로세스 체인으로의 더 간단한 통합이 가능하다. 부가적으로, 예를 들어 챔버 외부의 적어도 2개의 자기 요소들을 이동시키기 위해 어떠한 추가적인 액추에이터 시스템도 필수적이지 않다. 그에 의해, 예를 들어 용해 장치는 영구 자석들에 의한 구현과 비교하여 동일한 기능을 갖는 더 적은 설치 공간 요건들로 구성될 수 있다.

본 개시내용의 예들은 복합 샘플들의 미생물들의 효율적인 용해를 위한 방법에 관한 것이다.

예들에서, 구형 미세입자들, 자기 액추에이터 및 샘플들은 원심 미세유체 카트리지의 용해 챔버 내에 위치된다. 적어도 2개의 영구 자석들 또는 전자석들이, 예를 들어 카트리지 위 또는 아래에 정적으로 배열된다. 카트리지를 회전시킴으로써, 끊임없이 변하는 자기장이 용해 챔버에서 생성될 수 있다. 그에 의해, 액추에이터는 강하게 움직이게 될 수 있으며, 액추에이터는 가장 가까운 자석으로 병진 이동할 뿐만 아니라 그 자신의 축들 중 적어도 하나를 중심으로 회전 이동할 수 있다. 미세입자들과 조합하여, 강한 마찰, 충격 및 전단 이동들이 용해 챔버에서 초래될 수 있다.

자기 액추에이터의 병진이동 및 회전 둘 모두를 동시에 획득하기 위해, 용해 챔버는 적어도, 2개의 공간 방향들에서 자기 액추에이터 길이의 사이즈를 포함하도록 구성될 수 있다. 추가로, 적어도 2개의 외부 자기 요소들, 즉 용해 챔버 외부에 위치되는 적어도 2개의 외부 자기 요소들은 서로에 대해 일정 각도를 이루며, 용해 챔버에 대해 반대 극성으로 배열된다.

따라서, 본 개시내용의 예들은 가능한 가장 짧은 시간에 샘플 내의 박테리아, 효모들, 바이러스들, 진균들, 포자들 또는 다른 미생물들을 효율적으로 개방, 즉 용해하도록 구성된다.

본 개시내용의 예들은 원심 미세유체 구조 상에서의 기계적 용해를 위한 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 예들은 최소한의 처리 노력으로, 용해하기 어려운 미생물들도 처리될 수 있는 효율적인 용해를 제공하는 것을 허용한다. 샘플 준비의 핵심 단계들 중 하나로서, 효율적인 용해는, 예를 들어 qPCR(정량적 폴리머라제 연쇄 반응)에 의해 매우 민감한 분자 진단 식별을 허용한다.

예들에서, 자기 액추에이터의 회전 및 병진 이동들은 외부 정적 자기장에 의한 유체 모듈 또는 카트리지의 회전으로 인해 달성된다.

추가적인 예들은 용해 장치들을 포함하며, 여기서 챔버 외부의 자기 요소들, 예를 들어 외부 자석들의 극성은 자기 액추에이터의 회전 이동을 개시하기 위해 용해 챔버에 대해 서로 반대이다.

본 개시내용의 예들은 첨부한 도면들을 참조하여 더 상세히 아래에서 논의될 것이다. 도면들은 다음을 도시한다;
도 1a는 용해 장치의 일 예의 개략적인 평면도이다.
도 1b는 도 1a의 용해 장치의 개략적인 측면도이다.
도 2는 자석들이 상이한 각도로 배열된 용해 장치의 추가적인 예의 개략적인 평면도이다.
도 3은 자석의 상이한 배열을 갖는 용해 장치의 추가적인 예의 개략적인 평면도이다.
도 4는 자기 요소들의 추가적인 상이한 배열을 갖는 용해 장치의 일 예의 개략적인 평면도이다.
도 5는 상대적 회전 이동과 독립적으로 자기 액추에이터 상의 자기장에 영향을 주기 위한 작동 수단을 갖는 용해 장치의 2개의 예들의 개략적인 측면도들이다.
도 6은 본 개시내용에 따른 용해물과 열 기준 용해물의 qPCR 분석의 비교로서의 플롯이다.
도 7은 다이어프램을 갖는 용해 장치의 챔버의 일 예의 개략적인 측면도이다.
도 8은 템퍼링 수단을 갖는 용해 장치의 일 예의 개략적인 측면도이다.

다음으로, 본 개시내용의 예들이 첨부된 도면들을 사용하여 더 상세히 설명된다. 동일한 요소들 또는 동일한 기능을 갖는 요소들에는 동일하거나 유사한 참조번호들이 제공되며, 여기서 동일하거나 유사한 참조번호들이 제공되는 요소들의 반복되는 설명은 통상적으로 생략된다는 것을 유의해야 한다. 특히, 동일하거나 유사한 요소들에는 소문자가 상이하거나 없는 동일한 번호를 갖는 참조 번호들이 각각 제공될 수 있다. 동일하거나 유사한 참조 번호들을 갖는 요소들의 설명들은 상호교환가능하다. 다음의 설명에서, 본 개시내용의 예들의 실질적인 설명을 제공하기 위해 많은 세부사항들이 설명된다. 그러나, 다른 예들이 이들 특정 세부사항들 없이 구현될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다. 상이한 설명된 예들의 특징들은 대응하는 조합의 특징들이 서로 배제되거나 또는 그러한 조합이 명시적으로 배제되는 경우를 제외하고 조합될 수 있다.

본 개시내용의 예들이 더 상세히 설명되기 전에, 본 명세서에서 사용되는 용어들 중 일부의 정의들이 표시된다.

카트리지: 카트리지들은 샘플을 안내, 프로세싱 및 분석하기 위한 채널들, 챔버들을 포함하는 폴리머의 일회용 부분들이다. 추가로, 카트리지들은 샘플들의 도입 및 잠재적으로는 액체들의 추출을 위한 인터페이스들을 포함할 수 있다.

샘플: 미생물들을 포함하는 물질(흔히 액체)을 도입한다.

용해: 외측 세포 막을 손상시키는 것에 의한 세포의 파괴.

용해 입자들의 예들로서의 미세입자들/비드들: 예를 들어, 유리, 실리카 지르코니아, 지르코니아, 금속 또는 다른 세라믹들 및 유리 재료들의 0.1 mm 내지 3 mm의 통상적인 직경을 갖는 구형 요소들.

자기 액추에이터: 작은 공동-회전 자석, 예를 들어 외부 자기장에 의해 움직이게 되는 막대 자석.

용해 챔버: 예를 들어, 용해 프로세스가 수행되는 카트리지 상의 챔버는, 예를 들어 입자들 및 적어도 하나의 자기 액추에이터를 포함한다.

외부 자석: 예를 들어, 챔버 외부, 예를 들어 카트리지 위 또는 아래에, 예를 들어 정적으로 배열될 수 있는 영구 자석 또는 전자석.

2개의 자석들의 극성: 용해 챔버의 확장부에 대한, 예를 들어 챔버와 챔버 외부의 자기 요소들 사이의 상대적 회전 이동의 원형 경로에 대한 북극 및 남극의 배향(Δr, Δφ, 예를 들어 회전 중심에 대한 반경방향 및 방위각).

회전 이동: 예를 들어, 그 자신의 축들 중 적어도 하나, 예를 들어 자신 축을 중심으로 하는 자기 액추에이터의 이동을 설명한다.

병진 이동: 주어진 시간에 강체, 예를 들어 자기 액추에이터의 모든 포인트들의 동일한 변위를 설명한다. 모든 포인트들의 속도 및 가속도는 동일하며, 그들은 평행한 궤적들 상에서 이동한다.

도 1a는 용해 장치의 일 예의 개략적인 평면도를 도시하고, 도 1b는 개략적인 측면도를 도시한다. 예시된 용해 장치(100)는 자기 액추에이터(102) 및 용해 입자들(103)을 포함하는 챔버(101)로 이루어진다. 도시된 예들에서, 자기 액추에이터(102)는 막대 자석이다. 챔버는 캐리어(104) 상에 장착된다. 캐리어(104) 및 그에 따른 챔버(101)는 회전 축(105)을 중심으로 회전하도록 구성된다. 캐리어의 회전 이동은 화살표(106)에 의해 표시된다. 원형 경로 상의 챔버의 결과적인 회전 이동은 추가적인 화살표(107)에 의해 표시된다. 이러한 예에서, 자석들로서 구성된 2개의 정적 자기 요소들(108, 109)은 챔버 위에, 즉 회전 평면에 수직으로 위치된다. 자기 요소(101)의 자기장은 필드 라인 프로파일(110)에 의해 표시되고, 자기 요소(109)의 자기장은 필드 라인 프로파일(111)에 의해 표시된다. 자기 요소들(108, 109)은 그들의 개개의 남극 및 북극(자기 축)의 연결 라인에 대해 챔버의 회전 원형 경로에 직교로 배향된다. 그 위에서, 2개의 자기 요소들(108, 109)은 챔버의 회전 원형 경로에 대해 반대 극성을 갖는다. 반대 극성은 기능의 다음 설명과 관련하여 더 상세히 논의될 것이다. 자기 요소들은 원형 경로에 대해 서로 180°의 각도로 배열된다. 챔버는 제2 시간에서 점선으로 표시된다. 이는 회전 축(105)을 중심으로 하는 회전 원형 경로 상에서의 챔버(101)의 이동을 보여준다. 이동된 챔버(101) 내에서, 이동 자기 액추에이터(102)는 이동 전의 자기 액추에이터와 비교하여 수정된 위치 및 배향으로 또한 제2 시간에 예시된다. 제2 시간에서의 이동된 용해 입자들(103)이 또한 이동된 챔버(101)에 예시된다. 챔버(101)의 회전 뿐만 아니라 자기 액추에이터(102)의 이동으로 인한 용해 입자들 자체의 이동은 화살표들(112)에 의해 표시된다. 추가로, 챔버의 회전 동안의 자기 액추에이터의 회전 이동은 도 1b의 화살표들(113)에 의해 표시된다. 캐리어(104)의 회전 이동을 달성하기 위해, 구동 수단(114)이 회전 축(105)에 예시된다.

예들에서, 동작 동안, 챔버(101)는 회전 축(105)에 대해 회전 원형 경로 상에서 회전한다. 회전 동안, 이동된 챔버(101)는 자기 요소(101)에 접근한다. 자기 요소(110)의 자기장은 챔버 내의 자기 액츄에이터와의 상호작용을 야기한다. 자기 액추에이터(102)는 자기 인력으로 인한 병진 이동을 경험하고, 자기 요소(108)의 필드(110)에 따른 회전 이동에 의해 배향된다. 그러나, 회전 축(105)에 대한 챔버(101)의 회전에 의해, 챔버 내의 자기 액추에이터(102)는 제1 자기 요소(108)의 바로 부근에서 매우 짧은 유지 기간만을 갖는다. 회전에 의해, 챔버는 다음의 자기 요소(109)에 접근할 것이다. 여기서, 챔버의 회전 원형 경로에 대해, 자기 요소(109)의 극성은 챔버(101)에 의해 이전에 통과된 자기 요소(108)와 반대이다.

간단히 말해서: 하나의 자기 요소가 원형 경로 상에서 챔버(101)에 대해 지적으로 공동-회전하면, 챔버에 대한 회전 방향으로 제1 자기 요소(108)를 통과하기 직전에, 북극은 자기 요소(101)의 우측 상에 있고, 남극은 좌측 상에 있다. 추가로 회전할 때, 챔버(101)는 제2 자기 요소(109)에 충돌한다. 그의 회전 방향에서, 챔버로부터 볼 때, 자기 요소(109)의 남극은 우측 상에 있고, 북극은 좌측 상에 있다.

따라서, 챔버(101) 내에 위치된 자기 액추에이터(102)는 챔버의 원형 경로에 대한 챔버의 회전 동안, 개개의 연속적으로 반대로 분극화된 자기 요소들(108, 109)의 반대로 배향된 자기장들(101, 111)을 경험한다. 챔버의 회전 원형 경로에 대해 연속적으로 반대로 분극화된 자기 요소들(108, 109)로 인해, 자기 액추에이터(102)의 위에서-설명된 회전 이동은 챔버 내에서 액추에이터(102)의 회전(113)을 초래한다. 여기서, 회전은 또한 자기 액추에이터의 병진 이동 및 관성에 의해 영향을 받는다. 다시 말하면, 자기 액추에이터(102)는 자기 요소들(108, 109)로의 자기 인력으로 인해 챔버 내에서 병진 이동을 수행하고, 부가적으로 자기 액추에이터(102)는 챔버(101)와 챔버의 회전 원형 경로에 대해 반대로 분극화된 자기 요소들(108, 109) 사이의 상대적 회전 이동으로 인해 챔버 내에서 회전(113)한다.

자기 액추에이터(102)의 회전(113) 및 병진이동에 의해, 샘플은, 특히 자기 액추에이터에 의해 움직이게 되는(112) 용해 입자들(103)의 도움으로 용해된다.

캐리어(104)는, 예를 들어 용어 LabDisk 또는 LabDisk 구조 하에서 알려진 바와 같은 원심 미세유체 테스트 캐리어일 수 있거나 또는 그것은 카트리지 또는 유체 모듈일 수 있다. 그러한 캐리어는, 예를 들어 자기 액추에이터, 입자들 뿐만 아니라 샘플이 위치되는 용해 챔버를 포함한다. 예를 들어, 용해 챔버에 대해 반대로 분극화된 2개의 정적 자석들이 캐리어 위에 위치설정될 수 있다. 캐리어, 예를 들어 카트리지의 회전에 의해, 자기 액추에이터는 회전 및 병진이동으로 세팅될 수 있으며, 그에 의해 입자들이 강하게 혼합될 수 있고, 예를 들어 샘플 내의 박테리아가 용해될 수 있다.

예들에서, 예를 들어 챔버(101)는 또한 캐리어(104)의 일부일 수 있거나 또는 캐리어에 통합될 수 있다. 자기 액추에이터(102)는, 예를 들어 막대 자석으로서 구성될 수 있다. 자기 요소들(108, 109)은 챔버(101)만이 회전 축(105)에 대해 원형 경로 상에서 회전하도록 정적 자기 요소들로서 구성될 수 있다. 그러나, 챔버(101) 및 자기 요소들(108, 109) 둘 모두가 동일한 회전 축(105)에 대해 회전하거나 또는 챔버가 정적이고 자기 요소들(108, 109)만이 회전 축(105)에 대해 회전하는 것이 또한 가능하다. 따라서, 구동수단(114)은 또한 챔버(101)의 회전의 배타적인 유일한 구동부로서 고려되지 않아야 한다. 동일한 회전 축(105)을 중심으로 하는 챔버 외부의 적어도 2개의 자기 요소들(108, 109)의 회전을 도입하기 위한 구동 수단의 개개의 사용이 부가적으로 또는 배타적으로 또한 가능하다.

대안적으로, 자기 요소들(108, 109)은 또한 챔버(101) 아래에 또는 캐리어(104) 및 그에 따라 챔버(101) 옆에 또는 챔버(101)의 회전 이동의 원 외부에 위치될 수 있다. 챔버 외부의 자기 요소들은, 예를 들어 영구 자석들 또는 전자석들로서 또는 자석들의 단극들로서 구성될 수 있다. 그 위에서, 2개 초과의 자기 요소들이 챔버 외부에 배열될 수 있다. 이어서, 자기 요소들의 반대 극성이 챔버의 이동 방향에서의 챔버의 상대적 회전 이동에 대한 2개의 연속적인 자기 요소들 각각에 대해 고려되어야 한다.

그 위에서, 예들에서, 하나 초과의 자기 액추에이터가 챔버에 위치될 수 있다.

도 2는 용해 장치의 일 예의 개략적인 평면도를 도시하며, 여기서 자기 요소들은 상이한 각도로 배열된다.

예시는 서로에 대한 그들의 각도에 대한 챔버 외부의 막대 자석들의 형태의 자기 요소들의 배열을 제외하고 도 1a에 대응한다. 따라서, 동일한 요소들에는 동일한 참조 번호들이 제공된다. 예는 2개의 자기 요소들(201, 202)을 포함하며, 그들의 자기장들은 자기 요소(201)에 대한 자기장 라인들(203) 및 자기 요소(202)에 대한 자기장 라인들(204)에 의해 표시된다. 도 1a와 비교하여, 2개의 자기 요소들(201, 202)이 서로에 대해 상이한 각도 배열로 예시된다. 여기서, 각도는 자기 요소들의 개개의 중심들을 회전 축과 연결시키는 라인들 사이에 형성된다. 도시된 예에서, 각도는 약 55°이다. 각도가 20° 내지 180°의 각도 범위에 있을 때, 효과적인 용해가 획득될 수 있다는 것이 보여졌다.

여기서, 동작 모드는 도 1a와 유사하다. 캐리어(104)의 회전으로 인해, 캐리어(104) 상에 장착된 챔버(101)는 2개의 자기 요소들(201) 중 제1 자기 요소를 통과하여, 챔버의 이동 방향에서의 챔버의 회전의 원형 경로에 대해, 제1 자기 요소의 북극은 챔버(101)로부터 우측 상에 있고, 남극은 좌측 상에 있으며, 제2 자기 요소를 통과할 때, 그의 극성은 제1 자기 요소와 반대이고, 즉 제2 자기 요소(202)의 북극은 대응하여, 챔버의 이동 방향에서의 챔버의 회전의 원형 경로에 대해 챔버(101)로부터 좌측 상에 있고, 남극은 우측 상에 있다. 그에 의해, 자기 액추에이터는 회전 및 병진이동을 경험하여, 샘플의 효과적인 용해가 가능하다.

도 3은 용해 장치의 일 예의 개략적인 평면도를 도시하며, 여기서 막대 자석들의 형태의 자기 요소들은 원형 경로에 대해 상이한 배향을 갖는다. 도면은 챔버 외부의 자기 요소들의 배열을 제외하고 도 1a에 대응한다. 따라서, 동일한 요소들에는 동일한 참조 번호들이 제공된다. 예는 2개의 자기 요소들(301, 302)을 포함하며, 그들의 자기장들은 자기 요소(301)에 대한 자기장 라인들(303) 및 자기 요소(302)에 대한 자기장 라인들(304)에 의해 표시된다. 도 1a와 비교하여, 자기 요소들(301, 302)은 원형 경로에 대해 상이한 각도 배열 및 상이한 위치 둘 모두를 갖는다. 도 1a와 비교하여, 자기 요소들(301, 302)은, 자기 요소(자기 축)의 북극과 남극 사이의 연결 라인이 챔버의 회전 원형 경로에 접하도록, 수정된 각도 배열에 부가하여 90°만큼 회전된 것으로 예시된다.

그에 의해, 도 3은 반대로 분극화된 자기 요소들의 추가적인 가능한 실시예를 예시하는 것이다. 캐리어(104)의 회전에 의해, 캐리어 상에 장착된 챔버(101)는 제1 자기 요소(301)를 통과한다. 그의 원형 경로에 대해, 챔버(101)는 제1 자기 요소(301)에 대한 회전으로 인해, 먼저 제1 자기 요소의 남극 및 후속하여 북극과 만난다. 챔버 외부에 위치된 제2 자기 요소(302)를 통과할 때, 극성은 제1 자기 요소(301)의 극성과 반대이다. 그의 원형 경로에 관해, 챔버(101)는 제2 자기 요소(302)에 대한 회전으로 인해, 먼저 제2 자기 요소의 북극 및 후속하여 남극과 만나며, 즉 이는 제1 자기 요소(301)와 정확히 반대이다. 챔버 내의 자기 액추에이터(102)는 자기 요소들(301, 302)로의 자기 인력으로 인해 병진 이동을 경험한다. 챔버의 회전에 의해 제1 자기 요소를 통과할 때, 액추에이터(102)는 회전에 의해 제1 자기 요소(303)의 자기장에 따라 스스로를 배향시킬 것이다. 챔버의 회전에 의해, 자기 액추에이터는 후속하여 제2 자기 요소(302)의 직접적인 유효 영역에 도달하며, 그의 필드(304)는 자기 액추에이터(102)가, 회전에 의해, 챔버의 원형 경로에 대해 제1 자기 요소의 필드(303)와 반대로 배향된 그의 자기장(304)에 따라 스스로를 배향시키게 다시 강제할 것이다. 따라서, 자기 액추에이터(102)는 챔버(101)의 회전 및 챔버 외부의 자기 요소들(301, 302)의 반대 극성에 의해, 자기 요소들(301, 302)로의 자기 인력에 기초한 병진 이동에 부가하여 회전을 경험한다.

도 4는 용해 장치의 자기 요소들의 일 실시예의 일 예의 개략적인 평면도를 도시한다. 도면은 챔버 외부의 자기 요소들의 배열 및 타입을 제외하고 도 1a에 대응한다. 따라서, 동일한 요소들에는 동일한 참조 번호들이 제공된다. 예는 도 1a와 비교하여 상이한 각도 배열을 갖고 개별 자극들만을 부가적으로 표현하는 2개의 자기 요소들(401, 402)을 포함한다. 자기 요소(401)는 북극을 표현하고, 자기 요소(402)는 남극을 표현한다.

따라서, 도 4는 반대로 분극화된 자기 요소들의 추가적인 실시예를 예시하는 것이다. 캐리어(104)의 회전에 의해, 캐리어 상에 장착된 챔버(101)는 북극을 표현하는 제1 자기 요소(401)와 만난다. 자기 액추에이터(102)는 자기 인력 및 회전 이동으로 인한 병진운동을 경험하여, 그 액추에이터의 남극은 자기 요소의 방향으로 스스로를 지향시킨다. 자기 요소(401)를 통과한 이후, 챔버의 이동 방향에 대해, 자기 요소(401)(액추에이터의 남극은 스스로를 그 자기 요소(401)로 지향시킴)는 더 이상 챔버의 앞이 아니라 뒤에 위치된다. 따라서, 자기 액추에이터(102)는, 다시 자기 액추에이터의 남극이 자기 요소(401)로 지향되도록 회전할 것이다. 챔버의 추가적인 회전 동안, 챔버는 제1 자기 요소(401)의 극성과 반대인 남극을 표현하는 제2 자기 요소(402)와 만난다. 제2 자기 요소(402)를 지나서 회전함으로써, 이러한 경우, 자기 액추에이터의 북극은 스스로를 제2 자기 요소로 지향시킬 것이며, 이에 의해 자기 액추에이터(102)는 다시 회전 이동을 경험한다. 챔버(101)의 회전에 의해, 자기 액추에이터(102)는 자기 인력에 의한 병진이동 외에도 회전 이동들의 시퀀스를 경험하여, 그 자기 액추에이터는 회전하고, 그에 따라 샘플의 용해를 지원한다.

자기 요소들(401, 402)의 그러한 배열은, 예를 들어 자석들로 이루어질 수 있으며, 자석들의 개개의 제2 극은 챔버로부터 멀리 떨어져 있어서, 이러한 개개의 제2 극은 자기 액추에이터에 대한 그의 영향과 관련하여 무시될 수 있다. 추가적인 옵션은, 챔버 외부의 각각의 자석의 2개의 극들이 챔버에 대한 그들의 영향과 관련하여 회전 평면들에서 자기 단극으로서 대략적으로 근사화될 수 있도록 하는, 예를 들어 말굽 자석들의 형태의 구부러진 자석들의 사용일 것이다. 이러한 구현에서, 구부러진 자석들의 나머지는, 예를 들어 배열의 위 또는 아래에 위치될 수 있다. 그러한 구조의 다른 옵션은 막대 자석들으로서의 자기 요소들(401, 402)의 구성이며, 여기서 북극과 남극 사이의 연결 라인은 회전 평면에 수직이어서, 각각 하나의 극만이 도 4에 도시된다.

외부 자기 요소들 또는, 예를 들어 챔버 또는 용해 챔버에 대해 상이한 극성을 갖는 자석들의 이들 가능한 배열들은 본 개시내용의 일부 양상들을 예시하기 위한 예들로서만 고려되어야 하며, 이것은 결코 제한 목록이 아니다. 특히, 2개 초과의 자기 요소들을 갖는 배열들 뿐만 아니라 적어도 2개의 자기 요소들의 다양한 각도 배열들 뿐만 아니라 회전 원형 경로에 대한 자기 요소들의 추가적인 위치 배향들은 또한 당업자에 의한 명백한 변형의 의미에서 본 출원의 일부이다. 특히, 도면들은 자기 요소들의 형상에 관한 어떠한 제한들도 표현하지 않아야 한다. 예를 들어, 자기 요소들은 원형, 정사각형 또는 직사각형 단면들을 가질 수 있다. 자기 액추에이터의 설계에 대해서도 동일하게 적용된다.

도 5는 상대적 회전 이동과 독립적으로 자기 액추에이터 상의 자기장에 영향을 주기 위한 작동 수단을 갖는 용해 장치의 2개의 예들의 개략적인 측면도들을 도시한다.

도면들은 챔버와 자기 요소들 사이의 상대적 회전 이동과 독립적인 부가적인 병진 이동을 갖는 챔버 외부의 자기 요소들의 위치 및 작동 수단을 제외하고 도 1b에 대응한다. 따라서, 동일한 요소들에는 동일한 참조 번호들이 제공된다.

도 5는 자기 요소들(108, 109)에 연결된 작동 수단(501)을 포함한다. 초기 배열은 도 5의 상단에 도시되어 있다. 도 5의 좌측 하단은 회전 평면에 평행한 자기 요소들의 병진 이동(502)의 옵션을 도시한다. 도 5의 우측 하단은 회전 평면에 직교하는 자기 요소들의 병진 이동(503)의 옵션을 도시한다.

작동 수단(501)에 의해, 자기 요소들(108, 109)은 챔버(101)와 자기 요소들(108, 109) 사이의 상대적 회전 이동과 독립적으로 병진 이동될 수 있다. 도 5의 좌측 하단은 회전 평면에 평행한 자기 요소들(108, 109)의 이동(502)을 도시한다. 도 5의 우측 하단은 회전 평면에 직교하는 자기 요소(108, 109)의 이동(503)을 도시한다. 둘 모두의 변형들에 의해, 자기 요소들은 회전 챔버로부터 멀리 이동될 수 있어서, 자기 요소들(108, 109)과 자기 액추에이터 사이의 자기 상호작용은 용해가 중지되는 그러한 정도로 감쇠된다.

챔버의 회전 이동과 독립적인 자기 요소들의 병진 이동에 의해, 용해가 중지되거나, 또는 또한 예를 들어 시작, 증가 또는 감쇠될 수 있다. 작동 수단(501)에 의해, 용해에 영향을 주는 것이 가능하여, 또한 그러한 배열로, 예를 들어 샘플 준비 또는 샘플 분석의 추가적인 단계들이 수행될 수 있으며, 그에 대해, 예를 들어 챔버의 회전은 필요하지만, 어떠한 용해도 발생하지 않을 것이다. 그 위에서, 자기 요소들의 추가적인 병진 이동 방향들이 가능하며, 예를 들어 특정 각도 범위에서, 예를 들어 예시된 이동 방향들 사이, 즉 회전 평면에 직교하는 것과 평행한 것 사이에 놓여있는 각도로 자기 요소들을 멀리 이동시키는 것이 가능하다.

다시 말하면, 본 개시내용의 예들은 캐리어, 예를 들어 디스크를 회전시킴으로써 자기 액추에이터가 외부 자기 요소들 중 하나의 자기 요소 아래, 예를 들어 정적 자석들 아래를 통과하자마자 교류 자기장을 경험한다는 아이디어에 기초한다. 외부 자기 요소들의 상이한 극성에 의해, 자기 액추에이터는 병진 이동 및 회전 이동을 경험한다. 그에 의해, 용해 입자들은 미생물들(예를 들어, 바이러스들, 박테리아, 진균들, 기생충들)과 충돌하여, 그에 의해, 마찰, 충격 및 전단력들에 의해 미생물들을 용해시킬 수 있다.

예들에서, 미생물들이 용해된 이후, 챔버, 예를 들어 용해 챔버 및 자기 액추에이터, 예를 들어 막대 자석으로부터 (예를 들어 도 5에 따라) 홀더를 멀리 이동시킴으로써 외부, 예를 들어 정적 자석들이 제거될 수 있다. 그에 의해, 자기 액추에이터에 대한 원심력 및 중력이 우세하며, 이는 강한 병진이동 및 회전 및 그에 따른 용해를 중지한다.

여기서, 본 개시내용은 특히, 용해 챔버 내의 자기 액추에이터로부터의 외부, 예를 들어 정적 자기 요소들의 공간적 분리를 포함한다. 예들은 측방향 병진이동에 의한 공간적 분리(예를 들어, 도 5 좌측 하단) 또는 수직 병진이동에 의한 공간적 분리(예를 들어, 도 5 우측 하단)를 포함한다.

도 6은 본 개시내용에 따른 용해에 의해 획득된 용해물과 열 기준 용해물의 qPCR 분석을 비교하기 위한 플롯을 도시한다. 여기서, 용해 또는 형광의 결과에 대한 척도는 종좌표(ordinate) 상에 플롯되고, 시간에 대한 척도, 예를 들어 사이클들은 횡좌표(abscissa) 상에 플롯된다. 본 개시내용에 따른 용해물의 qPCR 분석(601)의 플롯은 종좌표에 대해 곡선의 훨씬 더 이른 증가를 보여준다. 열 기준 용해물의 qPCR 분석(602)의 플롯은 용해의 유효성에 대한 척도의 상당히 더 이후의 증가를 보여준다. 플롯들은 그의 개개의 증가 이후의 곡선의 평탄화를 포함한다. 플롯들의 이들 구역들에서, 용해 유효성에 관한 절대 값들은 둘 모두의 접근법들에 대해 약간만 상이하다.

따라서, 본 개시내용에 따른 기계적 용해는 열 기준 용해보다 훨씬 더 높은 용해 효율을 보여준다. 그러나, 용해 유효성을 증가시키는 것은 본 개시내용에 따른 적합한 접근법에 의해 또한 가능하다.

도 6에 따른 결과들은, 캐리어로서 LabDisk 호일 디스크라는 이름으로 알려진 디스크, 및 캐리어 아래의 대략 8 mm에 있는 55 mm의 반경 상의 2개의 영구 자석들(예를 들어, 네오디뮴, 높이 5 mm; 직경 15 mm; 자화 강도 45SH; 코팅의 타입: 니켈(Ni-Cu-Ni))을 포함하는 미세유체 테스트 시스템 상의 구조에 대한 테스트를 사용함으로써 획득되었다.

여기서, 유리 입자들(0.1 mm 직경 및 0.5 mm 직경) 및 자기 액추에이터, 예를 들어 막대 자석(2 mm 직경 및 3 mm 높이의 자화 N45 재료: NdFeB, 코팅 니켈(Ni-Cu-Ni))이 챔버, 예를 들어 용해 챔버 내로 도입되었다.

(코팬 사(company Copan)에 의한) 아미스 운반 매체(amies transport medium) 내의 100 μL의 엔테로코커스 페칼리스(Enterococcus faecalis)가 용해 챔버에서 피펫팅(pipette)되었고, 미세유체 캐리어가 20 Hz의 회전 속도로 5분 동안 프로세싱되었다.

본 개시내용에 따른 용해에 의해 획득된 용해물 및 동일한 샘플의 아미스 내의 E. 페칼리스를 5분 동안 95℃로 가열함으로써 프로세싱된 열 기준 용해물이 qPCR에 의해 후속하여 분석되었다. 미세유체 캐리어, 예를 들어 본 개시내용에 따른 디스크 상의 기계적 용해는 열 기준 용해보다 훨씬 더 높은 용해 효율을 보여준다.

도 7은 자기 액추에이터(110), 용해 입자들(103) 뿐만 아니라 다이어프램(702)을 포함하는 용해 장치의 챔버(701)의 일 예의 개략적인 측면도를 도시한다. 동작 동안의 자기 액추에이터(102)의 회전은 화살표들(113)에 의해 표시된다. 다이어프램(702)은, 용해 전에 더 큰 볼륨의 미생물들을 농축시키고, 후속하여 다이어프램(702) 상에서 직접 미생물들을 용해하도록 구성될 수 있다. 다이어프램(702)은, 예를 들어 필터 다이어프램 또는, 예를 들어 멸균 필터일 수 있다. 예를 들어, 박테리아는, 예를 들어 멸균 필터의 표면에 농축될 수 있으며, 그에 의해 입자들의 기계적 진입을 위해 접근가능하게 된다. 예들은 특히, 통합된 멸균 필터를 갖는 용해 챔버들을 포함한다.

도 8은 템퍼링 수단(801)을 갖는 용해 장치의 일 예의 개략적인 측면도를 도시한다. 도면은 부가적인 템퍼링 수단(801)을 제외하고 도 1b에 대응한다. 동일한 요소들에는 동일한 참조 번호들이 제공된다. 템퍼링 수단(801)은 캐리어(104) 상의 챔버(102) 아래에 위치된다. 동작 동안, 템퍼링 수단(801)은 열 진입에 의한 기계적 용해를 지원할 수 있다. 템퍼링 수단은 또한, 예를 들어 챔버 내의 자석을 퀴리 온도 초과로 가열하여, 용해가 중지될 수 있도록 사용될 수 있다. 그러한 용해의 스위칭-오프는, 예를 들어 챔버(101)와 자기 요소들(108, 109) 사이의 상대적 회전 이동과 독립적으로 부가적인 작동 수단 없이 용해를 중지하기 위한 옵션을 제공하는 데 유리하다.

템퍼링 수단에 대한 하나의 구현 옵션은 접촉 가열이다. 본 개시내용에 따른 예들에서, 온도 진입이 접촉 가열에 의해 실현될 수 있도록 용해 챔버를 위치설정하는 옵션이 존재한다. 온도 진입은, 예를 들어 환경 온도와 최대 120°C 사이에서 세팅될 수 있다. 그에 의해, 기계적 용해는 열 진입에 의해 부가적으로 지원될 수 있다.

예들에서, 템퍼링 수단은 또한 가열 구역에 의한 용해 챔버 아래의 접촉 가열일 수 있다.

본 개시내용의 예들은 (예를 들어, 도 1에 따라) 디스크 위 또는 아래에 홀더를 통해 위치설정될 수 있는 2개의 외부 정적 자석들(예를 들어, 네오디뮴 N45)을 포함한다. 외부 자석들의 극성들은, 예를 들어 회전하는 용해 챔버에 대해 서로 반대이다. 이러한 특정 극성은 (예를 들어, 도 2에 따라) 상이한 방식들로 실현될 수 있으며, 예들에서, 그 자신의 축을 중심으로 하는 자기 액추에이터의 회전 이동에 결정적이다. 용해 페이즈 동안, z 방향에서의, 예를 들어 회전 평면에 수직으로 자석과 용해 챔버 사이의 거리는 예를 들어 0.1 mm 내지 50 mm일 수 있다. 추가로, 외부 자석들은 용해 챔버의 반경에 대해 30 mm의 최대 거리를 갖는 반경 상에 위치설정될 수 있다. 용해 페이즈 내에서, 디스크는 예를 들어 0.5 Hz 내지 40 Hz로 회전할 수 있다. 예를 들어, 자기 액추에이터는, 예를 들어 자화 N48, 2 mm 내지 4 mm의 길이 및 2 mm 내지 4 mm의 직경을 갖는 네오디뮴 막대 자석으로서 실현될 수 있다. 추가로, 용해 입자들은, 예를 들어 0.15 mm 내지 0.5 mm 또는 0.15 mm 내지 0.2 mm의 직경을 갖는 유리 입자들에 의해 형성될 수 있다.

본 개시내용에 따른 추가적인 예들은 적어도 2개의 외부 자석들에서, 용해 입자들 및 영구 자석을 포함하는 용해 챔버를 갖는 원심 미세유체 카트리지에서의 기계적 용해를 위한 용해 장치들을 포함하며, 여기서 외부 자석들은 용해 챔버 내에서의 자석의 회전을 달성하기 위해 챔버 내의 자석, 예를 들어 디스크 또는 용해 챔버 내의 자석에 대해 반대로 극성화되고, 용해 챔버의 사이즈는 적어도, 2개의 공간 방향들(Δr, Δφ), 예를 들어 회전 평면에 대한 반경방향 및 방위각 또는 (Δz, Δφ), 예를 들어 회전 평면에 대한 수직 및 방위각 또는 (Δz, Δr), 예를 들어 회전(z 축을 중심으로 한 평면에서의 회전 또는 회전하는 시스템 r의 반경 벡터를 중심으로 하는 회전) 평면에 대한 수직 및 반경방향에서 자석의 길이의 사이즈를 갖는다.

추가적인 예들은 용해 장치들을 포함하며, 여기서 외부 자기 요소들은 z 방향의 거리에서, 예를 들어 최대 5 cm의 회전 평면에 대해 수직으로 챔버 또는 디스크 위에 위치되며, 내부 자기 액추에이터의 반경으로부터 5 cm 초과만큼 벗어나지 않는다.

추가적인 예들은 용해 장치들을 포함하며, 여기서 3개의 직교 공간 방향들(x,y,z)에서의 용해 챔버의 사이즈는 자기 액추에이터의 가장 긴 대각선의 적어도 대략적인 길이를 갖는다(자유 회전; z 방향에서, 예를 들어, 최대, 예를 들어 ~20%의 회전 평면들에 대해 수직으로 자석보다 약간 더 작은 것이 또한 가능함).

추가적인 예들은 용해 장치들을 포함하며, 여기서 용해는 적어도 2 Hz의 (연속적인) 회전 주파수로 발생한다. 추가적인 예들은 용해 장치들을 포함하며, 여기서 용해는 최대 30 Hz의 (연속적인) 회전 주파수로 발생한다. 추가적인 예들은 용해 장치들을 포함하며, 여기서 챔버는 < 0.5 mm의 사이즈의 용해 입자들을 포함한다. 추가적인 예들은 용해 장치들을 포함하며, 여기서 외부 자기 요소들을 멀리 이동시킴으로써 용해를 스위칭 오프시키는 것이 가능하다. 추가적인 예들은 용해 장치들을 포함하며, 여기서 외부 자기 요소들은 20 내지 180°의 각도로 배열된다. 추가적인 예들은 용해 장치들을 포함하며, 여기서 용해 기능을 열적으로 지원하기 위해 용해 챔버로의 온도 진입이 구현될 수 있다.

본 개시내용의 장점들

챔버 내 자석들, 예를 들어 챔버, 예를 들어 용해 챔버에 대한 외부, 예를 들어 정적 자기 요소들의 상이한 극성에 의한 자기 액추에이터의 유도된 병진 이동 및 회전 이동은, 특히 챔버 내의 입자들과의 챔버 내의 샘플의 훨씬 더 양호한 혼합을 초래한다. 따라서, 통계적 평균에서 미생물들의 더 큰 부분이 마찰, 충격 및 전단 이동들을 겪을 수 있다. 그에 의해, 매우 효율적인 용해가 실현될 수 있다. 분자 진단 (신속) 테스트들에서, 샘플 준비 및 분석에 요구되는 시간을 포함하는 인자 "결과까지의 시간"이 결정적인 인자이다. 효율적이고 빠른 용해에 의해, 이러한 필수적인 단계에서 많은 시간이 절약될 수 있다.

외부 자기 요소들 및 챔버, 예를 들어 용해 챔버의 설명된 배열에 의해, 개개의 구성을 갖는 본 개시내용에 따른 용해 장치는 반경 방향 및 방위각 방향으로 매우 적은 공간만을 필요로 한다. 미세유체 테스트 캐리어 상의 공간 및 반경방향 방위각 방향은 샘플 준비 및 분석의 전반적인 통합을 달성하는 데 매우 중요하므로, 이는 선행 기술과 비교하여 추가적인 장점을 표현한다.

본 개시내용의 일부 양상들이 장치의 맥락에서 특징들로서 설명되었지만, 그러한 설명이 또한 대응하는 방법 특징들의 설명으로서 고려될 수 있다는 것은 자명하다. 일부 양상들이 방법의 맥락에서 특징들로서 설명되었지만, 그러한 설명이 또한 장치의 대응하는 특징들 또는 장치의 기능의 설명으로서 고려될 수 있다는 것은 자명하다.

이전의 상세한 설명에서, 부분적으로, 상이한 특징들은 본 개시내용을 합리화하기 위해 예들에서 함께 그룹화되었다. 이러한 타입의 개시내용은 청구된 예들이 각각의 청구항에서 명시적으로 언급된 것보다 더 많은 특징들을 포함한다는 의도로서 해석되지 않아야 한다. 오히려, 다음의 청구항들에 의해 나타낸 바와 같이, 주제 내용은 개별적으로 개시된 예의 모든 특징들보다 적게 이루어진다. 따라서, 다음의 청구항들은 상세한 설명에 통합되며, 각각의 청구항은 그 자신의 별개의 예일 수 있다. 각각의 청구항이 그 자신의 개별적인 별개의 예일 수 있지만, 청구항들 내의 종속 청구항이 하나 또는 여러 개의 다른 청구항들과의 특정 조합에 관한 것이더라도, 다른 예들이 또한 각각의 다른 종속 청구항의 주제 내용과의 종속 청구항들의 조합 또는 다른 종속 청구항 또는 독립 청구항과의 각각의 특징의 조합을 포함한다는 것을 유의해야 한다. 특정 조합이 의도되지 않는다고 명시되는 경우를 제외하고, 그러한 조합들이 포함된다. 추가로, 청구항이 독립 청구항을 직접 인용하지 않을 때에도, 이러한 청구항의 특징들의 조합이 또한 각각의 다른 독립 청구항에 포함된다고 의도된다.

위에서-설명된 실시예들은 단지, 본 발명의 원리들에 대해 예시적일 뿐이다. 본 명세서에 설명된 배열들 및 세부사항들의 수정들 및 변형들이 당업자들에게 명백할 것이라는 것이 이해된다. 따라서, 본 발명은, 본 명세서의 실시예들의 설명 및 해설에 의해 제시된 특정 세부사항들이 아니라 첨부된 청구항들의 범위에 의해서만 제한된다는 것이 의도된다.

참조문헌들

[1] Kido, Horacio, et al. "A novel, compact disk-like centrifugal microfluidics system for cell lysis and sample homogenization." Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 58.1 (2007): 44-51.

[2] Siegrist, Jonathan, et al. "Validation of a centrifugal microfluidic sample lysis and homogenization platform for nucleic acid extraction with clinical samples." Lab on a Chip 10.3 (2010): 363-371.

Claims (24)

1. 용해(lysis) 장치로서,
   샘플을 수용하기 위한 챔버;
   상기 챔버 내에 위치된 적어도 하나의 자기 액추에이터;
   상기 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 자기 요소들, 및
   상기 챔버와 상기 챔버 외부에 배열된 자기 요소들 사이의 상대적 회전 이동(rotational relative movement)을 달성하기 위한 구동 수단을 포함하며,
   상기 구동 수단에 의해, 상기 챔버는 상기 챔버 외부에 위치된 상기 자기 요소들을 연속적으로 통과하고, 상기 자기 요소들의 극성은 상기 상대적 회전 이동의 원형 경로에 대해 반대여서, 상기 챔버 내에 배열된 자기 액추에이터는 상기 샘플의 용해를 달성하기 위해 병진 및 회전 둘 모두로 이동되고,
   상기 챔버는 상기 챔버 내에 위치된 상기 적어도 하나의 자기 액추에이터가 병진 및 회전 둘 모두로 이동할 수 있게 하도록 구성되는, 용해 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 자기 요소들은 자극(magnetic pole)들이거나 또는 각각의 자기 요소는 자석인, 용해 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 상대적 회전 이동과 독립적으로, 상기 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 자기 요소들로부터 상기 챔버 내에 배열된 자기 액추에이터에 작용하는 자기장을 적어도 감소시키도록 구성되는, 용해 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 상대적 회전 이동과 독립적으로, 상기 챔버와 상기 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 자기 요소들 사이의 거리를 변경시키기 위한 작동 수단을 더 포함하는, 용해 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 작동 수단은 상기 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 자기 요소들을 회전 평면에 수직으로 이동시키도록 구성되는, 용해 장치.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
   상기 작동 수단은 상기 상대적 회전 이동과 독립적으로, 상기 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 자기 요소들을 상기 회전 평면에 평행하게 이동시키도록 구성되는, 용해 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 자기 요소들은 제어가능 및/또는 가변 전자석들인, 용해 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 용해 장치는 상기 챔버 내에 위치된 적어도 하나의 용해 입자를 포함하는, 용해 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 용해 입자는 0.5 mm 미만의 최대 치수들을 포함하는, 용해 장치.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 자기 요소들은 용해 시에 정적(stationary)이며, 상기 구동 수단은 상기 챔버 외부에 위치된 자기 요소들에 대한 회전 축에 대해 상기 챔버를 회전시키도록 구성되는, 용해 장치.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버는 다이어프램(diaphragm)을 포함하는, 용해 장치.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용해 장치는 상기 챔버의 온도를 변경시키도록 구성된 템퍼링(tempering) 수단을 포함하는, 용해 장치.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버 외부의 적어도 2개의 자기 요소들은 회전 평면에서 서로에 대해 20° 내지 180°의 각도로 배열되는, 용해 장치.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상대적 회전 이동은 0.5 Hz 내지 40 Hz, 바람직하게는 2 Hz 내지 30 Hz의 회전 주파수를 포함하는, 용해 장치.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버는, 적어도, 서로 수직인 3개의 공간 방향들 중 2개의 공간 방향들 내에서 상기 챔버 내에 위치된 자기 액추에이터의 가장 긴 대각선의 길이를 포함하고, 적어도, 상기 서로 수직인 3개의 공간 방향들 중 제3 공간 방향에서 상기 챔버 내에 위치된 자기 액추에이터의 가장 긴 대각선의 길이에서 20%를 뺀 길이를 포함하는, 용해 장치.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버는, 적어도, 회전 축의 방향, 회전에 대한 반경 방향 및 회전에 대한 방위각 방향에 의해 형성되는 3개의 방향들 중 적어도 2개의 방향들에서 상기 챔버 내에 위치된 자기 액추에이터의 길이의 사이즈를 포함하는, 용해 장치.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버 외부의 적어도 2개의 자기 요소들은 용해 시에, 상기 챔버에 대한 상대적 회전 이동의 평면에 대해 최대 5 cm인 최대 수직 거리를 포함하고, 그리고/또는
    상기 챔버 외부의 적어도 2개의 자기 요소들은 용해 시에, 상기 챔버 내에 위치된 자기 액추에이터로부터 5 cm의 최대 반경 거리를 포함하는, 용해 장치.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용해 장치는 상기 챔버 내에 위치된 적어도 하나의 자기 액추에이터를 퀴리(Curie) 온도 초과로 가열하여, 상기 적어도 하나의 자기 액추에이터를 비활성화시키도록 구성된 템퍼링 수단을 포함하는, 용해 장치.
19. 용해 방법으로서,
    샘플을 챔버 내로 도입하는 단계 － 적어도 하나의 자기 액추에이터는 상기 챔버에 위치되고, 상기 상기 챔버는 챔버 내에 위치된 상기 자기 액추에이터가 병진 및 회전 둘 모두로 이동할 수 있게 하도록 구성됨 －;
    상기 샘플 및 상기 적어도 하나의 자기 액추에이터가 위치되는 챔버와 상기 챔버 외부에 위치된 적어도 2개의 자기 요소들 사이에서 상대적 회전 이동을 달성하는 단계를 포함하며,
    상기 챔버 외부의 적어도 2개의 자기 요소들의 극성은 상기 상대적 회전 이동의 원형 경로에 대해 반대여서, 상기 챔버 내에 위치된 자기 액추에이터는 상기 샘플의 용해를 달성하기 위해 병진 및 회전 둘 모두로 이동되는, 용해 방법.
20. 제19항에 있어서,
    적어도 하나의 용해 입자가 상기 챔버 내로 도입되는, 용해 방법.
21. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 샘플의 온도가 변경되는, 용해 방법.
22. 제19항, 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 자기 요소들은 상기 챔버에 위치된 자기 액추에이터에 작용하는 자기장을 적어도 감소시키기 위해 상기 상대적 회전 이동과 독립적으로 이동되는, 용해 방법.
23. 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 자기 요소들은 제어가능 및/또는 가변 전자석들이고,
    상기 챔버 외부에 배열된 적어도 2개의 전자석들은 상기 챔버 내에 배열된 자기 액추에이터에 작용하는 자기장이 상기 상대적 회전 이동과 독립적으로 적어도 감소되도록 제어 또는 조절되는, 용해 방법.
24. 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상대적 회전 이동의 회전 주파수는 0.5 Hz 내지 40 Hz, 바람직하게는 2 Hz 내지 30 Hz로 조정되는, 용해 방법.

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