KR20230062572A - 장치 - Google Patents
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Abstract
액체 샘플의 생체분자의 분석에 사용하기 위한 장치로서, 상기 장치는 액체 샘플의 적어도 일부를 수용하기 위한 복수의 구역, 액체 샘플의 적어도 일부를 각각의 흐름 경로를 따라 하나의 구역에서 다른 구역으로 이송하기 위한 이송 수단, 이송 수단을 작동하기 위한 기계적으로 작동되는 구동 수단, 구역 사이의 하나 이상의 흐름 경로를 선택적으로 개방하기 위한 흐름 제어 수단, 및 상기 구역들 사이에서 액체 샘플의 적어도 일부의 이송을 구현하기 위하여 흐름 제어 수단과 기계적으로 작동되는 구동 수단을 순차적으로 제어하는 공통 구동 부재를 갖는다.
Description
본 발명은 생물학적 분석 및 진단에 사용하기 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명은 특히 예를 들어 핵산 증폭을 수반하는 방법에 의한 핵산 바이오마커 및/또는 면역분석을 포함하는 방법에 의한 단백질 바이오마커 및/또는 효소 반응을 포함하는 방법에 의한 소분자 바이오마커와 같은 샘플 내의 생체분자를 검출하기 위한 생물학적 샘플의 분석에 적용가능하지만 이에 한정되지 않는다.
이러한 방법은 전형적으로 하나 이상의 생체분자를 포함할 수 있는 액체 샘플을 하나 이상의 시약과 혼합하는 단계, 그 뒤에 제어된 온도 조건에서 샘플이 하나 이상의 유형의 반응을 거치게 하는 단계 및 그 뒤 상기 반응(들)에서 생성된 신호를 검출함으로써 생체분자(들)의 존재 여부를 결정하는 단계를 포함한다. 이 유형의 다단계 분석은 일반적으로 특별 훈련을 받은 실험실 기술자가 작동하는 크고 값비싼 벤치 장착 실험실 장치의 부분을 사용하여 수행된다. 이러한 절차는 일반적으로 예를 들어 환자에게서 채취한 생물학적 샘플을 처리를 위해 중앙 실험실로 이송할 필요가 있다. 이는 진단 테스트 결과를 얻는 데 상당한 지연을 야기할 수 있으며, 이에 따라 적절한 조치가 예를 들어 환자에게 적합한 의약품의 처방을 통해 취해질 수 있다. 따라서 진단 테스트 결과를 신속하게 얻기 위한 현장 진료 또는 심지어 가정에서의 방법에 대한 상당한 필요성이 있다. 현장 테스트를 받으려는 이전의 시도는 예를 들어 여전히 외부 전원 공급 장치가 필요하고 및/또는 훈련된 기술자가 작동해야 하고 및/또는 장치가 테스트를 완료하도록 종종 정해진 시점에 사용자가 다수의 단계를 수행할 필요가 있는 장치에서 야기된다. 이러한 장치는 또한 일반적으로 다용도 처리 베이스 스테이션을 포함한다는 점에서 자체적으로 포함되지 않고, 예를 들어 이는 카트리지를 포함하는 일회용 샘플이 삽입되는 분석에서 필요한 임의의 반응 및 검출 단계를 수행한다.
본 발명은 외부 전원 공급 장치 없이 진정한 현장 진단을 신속하게 제공할 수 있고, 예를 들어 전기 구동 모터를 의존하지 않고 기계적으로 작동되는 구동 수단의 사용을 통하여 단일 사용 일회용 진단 장치로 기능을 하기에 충분히 저렴하고 휴대용이기에 충분히 작을 수 있는 장치를 제공함으로써 공지된 진단 방법의 결점을 극복한다. 이 장치는 또한 분석을 수행하는 데 필요한 모든 단계를 수행할 수 있고 최소한의 사용자 개입이 필요하다는 점에서 독립형이다.
적어도 두 단계를 갖는 절차에 의해 액체 샘플의 생체분자의 분석에 사용하기 위한 장치로서, 상기 장치는 절차의 다른 단계에서 액체 샘플의 적어도 일부를 수용하기 위한 복수의 구역을 갖고, 액체 샘플의 적어도 일부를 각각의 흐름 경로를 따라 상기 구역 중 하나에서 다른 구역으로 이송하기 위한 이송 수단을 가지며, 상기 장치는 이송 수단을 작동시키기 위한 기계적으로 작동되는 구동 수단을 포함한다.
장치는 기계적으로 작동되는 구동 수단과 흐름 제어 수단 모두를 순차적으로 제어하는 공통 구동 부재와 구역 사이의 하나 이상의 흐름 경로를 선택적으로 개방하기 위한 흐름 제어 수단을 포함할 수 있는 이점이 있다. 공통 구동 부재는 바람직하게는 사용자에 의해 수동으로 작동된다.
기계적으로 작동되는 구동 수단의 사용은 예를 들어 구동 수단의 모터 또는 솔레노이드와 같은 전기기계 장치의 필요성을 피하면서 장치가 상대적으로 저렴하고 간단한 구성이 되도록 한다. 공통 구동 부재의 사용은 사용자가 장치의 여러 특징을 작동할 필요가 없기 때문에 이의 사용을 단순화한다는 것을 의미한다.
액체 샘플의 생체분자 분석에 사용하기 위한 장치가 제공되며, 이 장치는 액체 샘플의 적어도 일부를 수용하기 위한 복수의 구역, 각각의 흐름 경로를 따라 하나의 구역으로부터 다른 구역으로 액체 샘플의 적어도 일부를 이송하기 위한 이송 수단, 이송 수단을 작동하기 위한 기계적으로 작동되는 구동 수단, 구역들 사이의 하나 이상의 흐름 경로를 선택적으로 개방하기 위한 흐름 제어 수단, 및 기계적으로 작동되는 구동 수단 모두를 순차적으로 제어하는 공통 구동 부재 및 흐름 제어 수단은 상기 구역들 사이에서 액체 샘플의 적어도 일부의 이송을 달성하기 위한 수단을 갖는다.
액체 샘플의 생체분자의 분석에 사용하기 위한 장치가 제공되며 상기 장치는 액체 샘플의 적어도 일부를 수용하기 위한 적어도 3개의 구역, 액체 샘플의 적어도 일부를 제1 구역으로부터 제2 구역으로 이송하고 그 후에 각각의 흐름 경로를 따라 제2 구역으로부터 제3 구역으로 액체 샘플의 적어도 일부를 이송하기 위한 이송 수단, 이송 수단을 작동하기 위한 기계적으로 작동되는 드라이버, 구역들 사이의 흐름 경로를 선택적으로 개방하기 위한 흐름 제어기, 및 상기 구역들 사이에서 액체 샘플의 적어도 일부의 이송을 달성하기 위해 기계적으로 작동되는 드라이버 및 흐름 제어기 모두를 순차적으로 제어하기 위해 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동 가능한 수동 작동 공통 구동 부재를 포함하고, 여기서 제1 위치에서 제2 위치로의 수동 작동 공통 구동 부재의 이동은 기계적으로 작동되는 드라이버에 작용하여 액체 샘플의 적어도 일부를 제1 구역으로부터 제2 구역으로 이송하고, 기계적으로 작동되는 드라이버는 수동 작동 공통 구동 부재의 이동과 독립적으로 제2 구역에서 제3 구역으로 액체 샘플의 적어도 일부의 후속 이송을 구현한다.
공통 구동 부재의 이동과 독립적으로 제2 구역으로부터 제3 구역으로 액체 샘플의 적어도 일부를 이송하는 장치는 장치가 분속을 수행하도록 사용자에 의해 다중 제어 입력 단계를 필요로 하는 장치에 비해 상당한 이점을 제공한다. 이 이송 수단의 독립성은 제1 이송과 시간적으로도 독립적으로 수행될 수 있음을 의미한다. 따라서 장치는 제1 구역으로부터 제2 구역으로 액체 샘플의 적어도 일부의 이송 이후에 제2 구역으로부터 제3 구역으로 사전결정된 시간에 액체 샘플의 적어도 일부의 이송을 구현하도록 배열되고 구성될 수 있다.
장치는 수동 작동 구동 부재가 제2 위치로부터 제1 위치로 이동한 뒤에 제2 구역에서 제3 구역으로의 액체 샘플의 적어도 일부의 이송을 트리거링하기 위해 제1 위치에서 제2 위치로의 수동 작동 구동 부재의 이동에 의해 작동되는 시간 해제 메커니즘을 추가로 포함할 수 있다.
기계적으로 작동되는 드라이버는 제2 구역으로부터 제3 구역으로 액체 샘플의 적어도 일부의 전달을 구현하기 위하여 기계적으로 작동되는 드라이버를 자유롭게 움직일 수 있도록 시간 해제 메커니즘에 의해 해제되는 기계적 에너지 저장소와 같은 에너지 저장소를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 기계적으로 작동되는 구동 수단(또는 드라이버)은 구동 수단에 전력을 공급하기 위한 기계적 에너지를 저장하기 위한 편향 수단과 같은 기계적 에너지 저장소를 포함한다. 편향 수단은 예를 들어 가스 스프링일 수 있지만 비틀림 스프링과 같은 기계적 스프링인 것이 바람직하다. 화학적 또는 자기적 에너지 저장소와 같은 다른 에너지 저장소가 탄성 포텐셜을 가진 에너지 저장소에 추가로 또는 그 대신에 이용될 수 있다.
편향 수단은 장치의 작동을 시작하는 사용자에 의해, 예를 들어 이송 수단이 하나의 작동 단계에 대해 구역들 사이에 샘플을 이동시키도록 구동 부재를 이동시킴으로써 로딩될 수 있고, 이에 따라 로딩된 편향 수단은 그 후 절차의 추가 후속 단계를 위해 샘플의 일부를 다른 구역으로 이송하도록 이송 수단을 작동하기 위한 동력을 제공한다. 그러나 바람직하게는 편향 수단은 작동을 단순화하기 위해 사전로딩된다. 결과적으로, 구동 수단은 예를 들어 버튼, 노브 또는 이송 수단에 직접 연결된 슬라이더와 같은 사용자 구동 부재를 사용하여 장치를 작동하는 사용자에 의해서만 수행되는 것보다 이송 수단에서 더 일관되게 작동(즉, 에너지를 일관되게 이송)할 수 있다. 이는 이송 수단이 사용자와 독립적으로 반복적으로 작동할 수 있게 한다.
기계적으로 작동되는 구동 수단은 회전 부재를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 구동 수단은 편향 수단이 작용하는 회전 부재를 포함하고, 이송 수단이 구역들 사이에서 액체 샘플의 적어도 일부의 하나 이상의 이송을 수행하도록 작동할 수 있다.
이송 수단은 왕복운동 피스톤 펌프와 같은 이송 펌프일 수 있다. 바람직하게는, 이송 수단은 선형으로 이동 가능한 변위 부재를 갖고, 회전 부재는 회전 부재의 회전 이동을 선형 이동으로, 예를 들어 변위 부재의 왕복운동 선형 이동으로 변환하는 링키지에 의해 이송 수단에 결합되어 구동 수단의 동력 하에서 상기 하나 이상의 액체 이송을 야기한다. 변위 부재는 적어도 하나의 피스톤을 포함할 수 있지만 바람직하게는 각각의 원통형 피스톤 챔버에서 각각 이동할 수 있는 다수의 피스톤을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 편향 수단과 같은 기계적으로 작동되는 구동 수단의 에너지 저장소는 2개의 마주보는 선형 스트로크를 따라 변위 부재의 이동을 야기하기에 충분한 에너지로 사전로딩된다.
바람직하게, 흐름 제어 수단은 밸브를 포함한다. 편리하게도, 밸브는 상기 선택된 흐름 경로를 생성하기 위해 선택적인 포트 쌍을 유체 연통으로 구현하기 위해 밸브 챔버 내에서 선형으로 이동가능한 로드를 포함한다.
장치는 적어도 하나의 흐름 경로에 제공되는 일방향 밸브를 포함할 수 있다.
장치는 복수의 제1, 제2 및/또는 제3 구역을 포함할 수 있고, 각각의 제1 구역과 제2 구역 사이 및/또는 제2 구역과 제3 구역 사이에 복수의 평행 흐름 경로가 있다.
장치는 절차의 상이한 단계에서 액체 샘플의 적어도 일부를 수용하기 위한 3개 이상, 예를 들어 3개의 구역을 포함할 수 있다. 대안적으로, 장치는 절차의 상이한 단계에서 액체 샘플의 적어도 일부를 수용하기 위한 2개의 구역을 포함할 수 있다. 복수의 구역은 예를 들어 제1 구역으로서, 샘플이 장치로 도입되는 샘플 수용 수단, 예를 들어 제2 구역으로서, 샘플이 분석에 특정한 하나 이상의 반응을 겪는 반응 챔버, 및 예를 들어 제3 구역으로, 반응된 샘플을 후속적으로 분석하기 위한 테스트 영역을 포함할 수 있다. 장치는 또한 예를 들어 액체 샘플과 시약을 혼합하기 위한 혼합 챔버를 포함할 수 있다. 샘플 수용 수단은 샘플 수용 챔버를 포함할 수 있고 장치는 장치의 작동 중에 샘플 수용 챔버를 밀폐하기 위한 캡 또는 커버를 포함할 수 있다. 공통 구동 부재는 샘플 수용 챔버를 밀폐하기 위한 캡 또는 커버를 포함할 수 있다.
본 발명의 장치 내의 단일 구역은 위에서 설명한 것과 같은 하나 이상의 기능을 수행할 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 예를 들어, 샘플 챔버는 또한 반응 챔버로서 기능할 수 있고, 반응 챔버는 또한 예를 들어 샘플의 분석이 반응 중에 실시간으로 수행될 때 테스트 영역으로서 기능할 수 있다.
장치는 바람직하게는 분석에서 수행되는 임의의 반응 또는 검출 단계를 수행하기 위한 시약이 사전로딩되어 제공된다. 예를 들어, 핵산 서열 증폭을 포함하는 핵산의 검출을 위한 시약은 올리고뉴클레오티드 프라이머(들), 올리고뉴클레오티드 프로브(들), 중합효소(들), 역전사효소(들), 제한효소(들), 염료(들), 첨가제(들), 부형제(들), 완충 염(들) 및/또는 금속 이온 킬레이터(들)를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 올리고뉴클레오티드 프라이머/올리고뉴클레오티드 프로브의 핵산 서열은 장치의 의도된 용도에 의해 표적이 되는 관련 핵산의 서열에 기초하여 결정될 것이다. 면역분석법을 사용하여 단백질 바이오마커를 검출하기 위해 시약은 하나 이상의 항체 또는 단백질 친화성 바이오시약 및/또는 염료를 포함할 수 있다. 시약은 용액으로 제공될 수 있지만 바람직하게는 건조 형태, 예를 들어 동결 건조된 비드 형태로 제공된다.
장치는 일회용 또는 원-샷 장치일 수 있으며 폐기가능할 수 있다. 장치는 한 번만 사용할 수 있도록 구성될 수 있다. 이는 진단 장치일 수 있고 예를 들어 질병 또는 질병 상태의 진단 또는 모니터링, 예를 들어 병원체 관련 생체분자를 검출함으로써 감염성 질병의 진단을 위해 사용될 수 있다.
장치는 이송 수단의 작동 완료를 제어된 기간 동안 지연시키기 위해 구동 수단의 작동을 일시적으로 중단하기 위한 유지 수단을 포함하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 유지 수단은 공통 구동 부재의 이동과 독립적으로 액체 샘플의 적어도 일부를 제2 구역으로부터 제3 구역으로 이송하는 장치에 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어 샘플이 반응 챔버에서 처리되는 동안 이송 수단의 작동이 일시 중지될 수 있고, 구동 수단은 이송 수단이 샘플을 테스트 영역으로 또는 바람직하게는 사용자로부터 임의의 추가 제어 입력의 필요성 없이 샘플을 이송하게 할 수 있다. 중단 기간은 사전결정될 수 있다. 중단 기간은 제한 없이 장치 작동 중에 발생하는 다른 이벤트에서 시간을 정할 수 있고, 이러한 이벤트는 예를 들어 반응 챔버 내의 온도와 관련하여, 정의된 온도를 측정하는 온도 센서 또는 공통 구동 부재의 이동 중 센서의 작동일 수 있다. 바람직하게는, 유지 수단은 가용성, 예를 들어 유지 부재를 가열하기 위한 가열 부재 및 구동 수단에 대한 정지부로서 기능을 하고 이와 결합되며 상기 기간 동안 이로부터 구동 수단을 해제하기 위해 연화, 용융, 약화 또는 파손시키는 캐치를 포함하는 열가소성 유지 부재와 같은 가용성 유지 부재를 포함한다. 가용성, 예를 들어 열가소성 유지 부재는 바람직하게는 예를 들어 구동 수단 상에 제공된 래치 부재와 맞물림으로써 구동 수단에 대한 정지부로서 기능을 하고 이와 맞물리도록 구성된 적어도 하나의 맞물림 표면을 갖는다.
가열에 의해 해제될 수 있는 가용성 유지 부재는 전술한 바와 같은 장치에서 그 이상의 유용성을 가지며, 예를 들어 탄성적으로 편향된 래치 부재를 방지하거나 일시적으로 정지시키는 것이 바람직한 다른 상황에서 유리하게 사용될 수 있다.
따라서, 추가 양태에 따르면, 유지 기구를 포함하는 장치가 제공되며, 상기 장치는:
적어도 3개의 위치 사이의 움직임을 위해 적응된 탄성적으로 편향된 래치 부재;
상기 두 위치 사이에서 래치 부재의 운동에 대한 정지부로서 기능을 하고 이와 맞물리도록 구성된 적어도 하나의 맞물림 표면을 갖는 가용성 유지 부재; 및
상기 유지 부재에 인접하게 위치된 가열 부재를 포함하고,
상기 위치들 사이에서 래치 부재의 하나의 모션은 이를 가용성 유지 부재와 맞물리게 하고 상기 모션을 중단하게 하고, 가열 부재의 활성화는 가용성 유지 부재의 적어도 일부에 영향을 미쳐 이를 연화, 용융, 약화 또는 파손되도록 하여 래치 부재가 이동하여 상기 위치들 사이에서 추가 모션을 위해 래치 부재가 해제되도록 허용한다.
래치 부재의 제1 모션은 바람직하게는 장치가 작동될 때까지 개시되지 않고 즉, 장치는 래치 부재와 가용성 유지 부재가 맞물리지 않는 초기 상태를 갖는다.
래치 부재의 해제는 저장된 기계적 에너지, 예를 들어 기계적 스프링, 예컨대 비틀림 스프링과 같은 사전로딩된 편향 수단에 저장된 기계적 에너지를 해제할 수 있다. 유지 기구는 구동 수단의 작동을 일시적으로 중단하기 위해 구동 수단과 연관될 수 있고, 구동 수단은 전술한 것 중 임의의 것일 수 있다. 래치 부재의 해제는 예를 들어 구동 수단이 액체의 이송, 예를 들어 장치 내의 상이한 구역들 사이의 액체의 이송 및/또는 인젝터와 같이 장치로부터 외부로 액체의 이송을 야기하기 위한 구동 수단을 활성화할 수 있다.
래치 부재는 예를 들어 구동 수단과 관련된 회전 래치 부재일 수 있으며, 이는 회전 모션 평면 및 그에 수직인 축을 갖가지며, 가열 부재의 활성화는 가용성 유지 부재의 적어도 일부에 영향을 미쳐 이를 연화, 용융, 약화 또는 파손을 유발하여 회전 래치 부재가 적어도 축의 방향으로 이동하여 회전 모션을 위해 회전 래치 부재를 해제한다.
유지 부재는 또한 장치의 케이싱 또는 새시 요소와 맞물리도록 구성될 수 있다.
열가소성 유지 부재의 맞물림 표면(들)은 맞물림 표면(들)과 구동 수단 또는 래치 부재 사이의 맞물림이 유지 부재를 가열 부재를 향하여 가압하도록 경사질 수 있다. 구동 수단 또는 래치 부재는 유지 부재와 구동 수단 또는 래치 부재의 맞물림 표면 사이의 맞물림이 가열 부재를 향해 유지 부재를 가압하도록 경사진 맞물림 표면을 포함할 수 있다. 래치 부재가 예를 들어 회전 모션 평면 및 그에 수직인 축을 갖는 구동 수단 상의 회전 래치 부재일 때, 유지 부재 및/또는 구동 수단 또는 래치 부재의 경사진 맞물림 표면 사이의 맞물림은 가용성 유지 부재를 가열 부재를 향한 축의 방향으로 가압한다.
또한 의료 장치, 예를 들어 진단 장치와 같은 장치를 위한 메커니즘이 제공되며, 이 메커니즘은 전기기계식이며;
회전 모션 평면 및 이에 수직인 축을 갖는 탄성적으로 편향된 회전 래치 부재;
회전 래치 부재의 회전 모션에 대한 정지부로서 기능을 하고 이와 맞물리도록 구성된 적어도 하나의 맞물림 표면을 갖는 가용성 유지 부재; 및
유지 부재에 인접하게 위치된 가열 부재를 포함하고,
가열 부재의 활성화는 가용성 유지 부재의 적어도 일부에 영향을 미쳐 이를 연화, 용융, 약화 또는 파괴하도록 하여 회전 래치 부재가 회전 모션을 위해 회전 래치 부재를 해제하기 위해 적어도 축의 방향으로 이동하게 한다.
유지 부재는 바람직하게는 40℃ 내지 150℃, 예를 들어 약 70℃의 용융 온도를 갖는다. 유지 부재는 폴리카프로락톤 또는 사이클릭/사이클로 올레핀 폴리머 또는 코폴리머와 같은 낮은 연화 온도를 갖는 열가소성 재료를 포함할 수 있고; 및/또는 유지 부재는 금속 등과 같은 다른 가용성 재료 또는 깨지기 쉬운 재료, 예를 들어 가열 시 깨지거나 약해지는 재료를 포함할 수 있다.
해제 메커니즘은 전기기계식일 수 있다. 유지 부재를 위한 가열 부재는 전기 히터일 수 있으며, 예를 들어 인쇄 회로 기판(PCB)의 요소일 수 있다. 이러한 가열 부재를 포함하는 장치는 또한 PCB와 열 접촉하는 온도 센서를 가질 수 있다. 가열 부재는 유지 부재와 직접 또는 간접적으로 열 접촉할 수 있다.
장치는 유지 부재를 연화시키거나, 용융시키거나, 약화시키거나, 또는 파괴하도록 구성될 수 있으며, 이에 따라 제어된 기간 이후, 예를 들어 유지 부재와 구동 수단 또는 래치 부재의 결합 후 사전결정된 시간, 및/또는 가열 수단의 활성화 후 또는 전술된 바와 같은 다른 기간 이후에 래치 부재를 해제할 수 있다.
이제 액체 샘플의 생체분자 분석에 사용하기 위한 장치로 돌아가서, 이송 수단이 구동 수단에 의해 구동되기 때문에 구동 부재의 초기 이동은 장치를 활성화할 수 있고 이후 구동 부재의 후속 조작의 필요 없이 구역들 사이에서 샘플을 이송하게 할 수 있다(예를 들어 샘플이 반응 챔버에서 처리된 후).
바람직하게는, 구동 부재는 단일 구동 부재 스트로크를 따라 이동 가능하며, 장치는 이러한 이동을 위해 배열되어 장치가 사전결정된 일련의 작업을 수행하여 샘플 분석을 달성한다. 구동 부재는 원호를 따라 상기 스트로크를 수행하기 위해 이동 가능할 수 있지만, 바람직하게는 장치에서 선형으로 이동하도록 장착된다.
이 장치는 구동 부재가 상기 스트로크를 따르는 위치를 넘어 이동하는 것을 방지하는 디텐트를 포함할 수 있고, 이 지점에서 샘플 수용 구역과 반응 챔버 사이에 흐름 경로가 형성되고 샘플을 반응 챔버로 이송하기 위한 이송 수단의 작동이 트리거링되지만 상기 위치 이전에 반응 챔버와 테스트 영역 사이의 흐름 경로가 흐름 제어 수단에 의해 설정된다. 이는 이송 수단이 반응 챔버로부터 테스트 영역으로 흐름 경로를 제공하도록 재구성되기 전에 샘플 수용 수단으로부터 반응 챔버로 샘플을 이송하기에 충분한 시간을 이송 수단에 제공하기 위해 구동 부재의 움직임을 일시 중지하도록 사용자에게 프롬프트한다. 디텐트는 구동 수단에 직접 또는 액추에이터에 직접 구성될 수 있다.
바람직하게는, 일련의 작업은 흐름 제어 수단을 통한 흐름 경로를 따라 샘플 수용 수단으로부터 반응 챔버로 액체 샘플의 적어도 일부를 이송하는 단계를 포함하며, 액체 샘플은 하나 이상의 반응을 겪고 후속적으로 반응된 샘플을 흐름 제어 수단을 통해 또 다른 흐름 경로를 따라 반응 챔버로부터 테스트 영역으로 이송한다.
장치는 유리하게 예를 들어 장치의 하나 이상의 구역, 예를 들어 반응 챔버 및/또는 샘플 챔버에 열적으로 결합된 하나 이사 히터를 가질 수 있고, 분석은 예를 들어 상기 하나 이상의 구역, 예를 들어, 챔버(들)에서 샘플을 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 장치는 또한 전술한 바와 같이 열가소성 유지 부재를 연화시키기 위한 하나 이상의 히터를 가질 수 있다. 일부 실시예에서 장치의 가열은 온도 사이클링을 포함하지 않는다.
바람직하게는, 히터(들)는 예를 들어 인쇄 회로 기판(PCB)의 요소로서 제공되는 전기 히터이다. 장치는 예를 들어 열전도성 표면, 예를 들어 관련 구역(들), 예를 들어 반응 챔버를 형성하는 벽에 대해 히터, 예를 들어 PCB를 가압하기 위한 편향 수단을 포함할 수 있다.
장치의 전력, 예를 들어 전원 히터 및 타이머, 위치 센서, 온도 센서 및 LED 조명과 같은 사용자에게 시각적 표시와 같은 임의의 다른 전기 기능은 하나 이상의 배터리 또는 셀에 의해 제공될 수 있다. 장치가 기계적으로 작동되는 구동 수단을 포함하기 때문에 전기적 요구 사항이 알려진 장치보다 훨씬 낮고 본 발명의 장치는 외부 전원을 필요로 하지 않고 단일 AAA 알카라인 또는 AAA 리튬 배터리와 같은 단일 배터리로 기능할 수 있다.
전술한 바와 같은 PCB 장착 전기 히터는 본 명세서에 기술된 바와 같은 장치에서의 유용성을 넘어서는 유용성을 가지며, 예를 들어 의료 장치에서 액체의 효율적인 가열이 요구되는 다른 상황, 특히 PCB가 또한 액체의 가열이 수행되는 장치 내에서 추가 기능성을 위해 제어 전자장치를 지지하는 다른 경우에 바람직하게 사용될 수 있다.
따라서 추가 양태에 따르면 의료 장치가 제공되며, 상기 의료 장치는:
액체를 수용하도록 구성된 챔버, 상기 챔버의 적어도 일부는 열전도성 재료에 의해 형성되고, 및
히터를 포함하는 다층 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함하고, 열전도성 재료는 챔버와 PCB 사이의 인터페이스를 형성한다.
장치는 또한 가열 요소에 전력을 공급하기 위해 배터리와 같은 전원을 포함하거나 수용하도록 구성될 수 있다. 이는 AAA 배터리와 같은 단일 셀 전원일 수 있다.
추가 양태에서 의료 장치가 제공되며, 상기 의료 장치는:
PCB의 내부 층 상에 가열 요소를 포함하는 다층 인쇄 회로 기판(PCB); 및
가열 요소에 전력을 공급하는 단일 셀 전원;
액체를 포함하도록 구성된 챔버를 포함하고, 상기 챔버의 적어도 일부는 챔버와 PCB 사이에 열이송 인터페이스를 제공하도록 구성된 열전도성 재료에 의해 형성된다.
단일 셀 전원은 바람직하게 히터에 전원을 공급하는 유일한 전원이다. 이러한 장치는 예를 들어 사용자가 장치를 사용하기 전에 삽입을 허용하도록 제 위치에 단일 셀 전원 없이 공급될 수 있다. 이 경우 장치는 단일 셀 전원을 포함하지 않지만 단일 셀 전원을 포함하도록 구성된다.
단일 셀 전원은 AAA 알카라인 또는 AAA 리튬 배터리와 같은 단일 셀 배터리일 수 있다.
히터 또는 가열 요소는 바람직하게 저항 기반 히터이고, 트레이스 코일, 예를 들어 구리 트레이스 코일을 포함할 수 있다. 트레이스 코일은 예를 들어 구불구불한 형태 또는 나선형과 같은 임의의 적합한 형상일 수 있다. 히터 또는 가열 요소는 PCB의 적어도 하나의 내부 층에 있을 수 있고, 원칙적으로 예를 들어 히터 코일이 PCB의 외부/상부 보드 층에 위치하는 것과 비교하여 감소된 열 이송을 야기하지만 실제로 내부 층이 전기 도금되지 않은 반면 외부 층은 전기 도금되어 더 가변적이기 때문에 코일 저항을 개선할 수 있는 것으로 예상된다. 따라서 이는 배터리 또는 셀(AAA 알카라인 배터리의 경우 약 0.4-1.5Ω)과 같이 전기 전원의 내부 저항이 밀접하게 매칭되어 즉 장치가 매우 면밀히 조정될 수 있는 최대 전력 이송이 보장되어 성능이 향상되고 저전력 전원을 사용할 수 있어서 제조 비용이 절감된다. 따라서, PCB 히터 또는 가열 요소의 전기 저항은 전원의 내부 전기 저항과 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 히터 또는 가열 요소의 전기 저항은 단일 셀 전원의 최대 내부 저항보다 실질적으로 작지 않다. PCB 히터 또는 가열 요소의 전기 저항은 전원의 내부 전기 저항과 실질적으로 동일할 수 있다. PCB 히터 또는 가열 요소의 전기 저항 및 전원의 내부 전기 저항은 모두 약 0.4 내지 1.5Ω 일 수 있거나 둘 다 1Ω 미만일 수 있다.
열전도성 재료는 포일, 예를 들어 금속성 포일, 예를 들어 알루미늄 포일과 같은 열전도성 재료의 시트일 수 있다. 열전도성 재료는 챔버 내의 개구에 접합되어 밀봉부 기능을 할 수 있다. 챔버는 열전도성 재료에 의해 형성되는 적어도 하나의 실질적으로 평면 표면을 포함할 수 있다. 열전도성 재료와 PCB 사이의 인터페이스는 열전도성 재료에 의해 형성된 챔버의 면적보다 더 큰 표면적을 가질 수 있고, 예를 들어, 히터 및 열전도성 재료는 열전도성 재료는 열전도성 재료에 의해 형성된 챔버의 일부를 넘어 연장될 수 있다.
의료 장치는 예를 들어 챔버에 열적으로 온도 센서를 추가로 포함할 수 있다. 온도 센서는 PCB 및 열전도성 요소 상에 위치될 수 있고 예를 들어 구리 패드는 온도 센서를 열전도성 재료, 예를 들어 포일의 하측면에 열적으로 결합할 수 있다. 온도 센서는 챔버에 근접한 PCB 상에 유리하게 위치될 수 있으며, 이 배열은 예를 들어 일회용 장치에서 비실용적이고 비용이 많이 드는 가열 블록을 사용하거나 액체 내에 온도 센서를 위치시킬 필요 없이 결정될 반응 챔버 내의 액체의 온도의 근접 근사치를 허용한다.
의료 장치는 PI(Proportional Integral) 또는 PID(Proportional Integral Derivative) 컨트롤러와 같은 온도 컨트롤러를 추가로 포함할 수 있다.
의료 장치는 PCB를 열전도성 재료와 접촉하게 하는 편향 수단을 추가로 포함할 수 있다. 편향 수단, 예를 들어 폼 패드는 PCB와 챔버 및 PCB가 수용되는 장치 케이싱 사이에 위치할 수 있거나; 또는 편향 수단은 장치 케이싱의 일체형 부분을 형성할 수 있다.
의료 장치는 복수의 챔버를 포함할 수 있으며, 각 챔버의 적어도 일부는 열전도성 재료에 의해 형성된다. 복수의 챔버의 적어도 일부를 형성하는 열전도성 재료는 복수의 챔버 사이에서 연속적일 수 있다.
챔버는 핵산, 예를 들어, 등온 핵산과 반응 챔버, 증폭 반응 챔버 또는 의약품 챔버일 수 있다. 챔버는 흐름 관통 챔버일 수 있다.
의료 장치는 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이 액체 샘플 내 생체분자의 분석에 사용하기 위한 장치와 같은 진단 테스트 장치이거나 또는 액체, 예를 들어 의약물 물질의 사전 가열이 환자에게 전달하기 전에 요구되는 주입기 또는 인퓨저와 같은 의료 전달 장치일 수 있다. 의료 장치는 원-샷, 또는 일회용 또는 폐기가능 장치일 수 있다.
본 발명은 또한 액체 샘플에서 생체분자를 분석하기 위한 본 발명에 따른 장치의 용도, 및 액체 샘플을 본 발명에 따른 장치에 도입하고 공통 구동 부재를 통하여 구동 수단을 작동시키고 본 발명에 따른 장치 내로 액체 샘플을 도입하는 단계를 포함하는 액체 샘플에서 생체분자를 분석하는 방법을 제공한다.
본 발명은 이제 첨부된 도면을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 장치의 위 및 일 측면에서 본 분해 등각 투영도이다;
도 2는 장치의 아래 및 일 측면에서 본 유사 도면이다;
도 3은 장치의 슬라이딩가능 리드의 상부 측면의 등각 투영도이다;
도 4는 리드의 하측면의 유사 도면이다;
도 5는 장치의 밸브 부재 및 밸브 액추에이터의 하측면의 등각 투영도이다;
도 6 및 7은 각각 리드와 밸브 액추에이터 사이에 작동 링키지를 제공하기 위한 링키지 암의 상부 및 하부로부터의 등각 투영도이다;
도 8 및 9는 또 다른 이러한 링키지 암의 유사한 도면이다;
도 10 및 11은 각각 장치용 구동 메커니즘의 회전 부재의 상부 및 하부로부터의 등각 투영도이다;
도 12는 구동 수단의 캐치 형성 부분 또는 열가소성 유지 부재의 등각 투영도이다;
도 13 및 14는 각각 장치의 새시의 상부 및 하부로부터의 등각 투영도이다;
도 15는 이후의 도면에 도시된 단면도가 취해지는 라인의 위치를 도시하는 장치의 2개의 평면도와 1개의 측면도를 포함한다;
도 16a-16c는 장치에 의해 수행되는 절차의 다른 단계와 관련된 3개의 위치 중 각각의 하나의 위치에 있는 리드를 도시하는 장치의 평면도이다;
도 17a 및 17b는 각각 장치의 챔버 블록의 상부 및 하부로부터의 평면도이다;
도 18은 장치가 리드가 제1 시작 위치에 있는 구성에 있을 때 도 15의 라인 A-A를 따른 단면도이다;
도 19a는 장치가 동일한 구성에 있을 때 라인 B-B를 따른 단면도이다;
도 19b는 도 19a에 해당하지만 추가 밸브를 포함하는 장치의 대안의 실시예를 도시한다;
도 20a-20f는 리드가 제1 위치에 있을 때 도 15의 라인 C-C, D-D, B-B, A-A, E-E 및 F-F를 따른 단면도이다;
도 21a-21f는 각각 도 20a-20f에 해당하지만 리드가 제2 위치로 이동되었을 때 장치를 도시한다;
도 22a-22f는 각각 도 21a-21f에 해당하지만 리드가 제3 위치로 이동되었을 때 장치를 도시한다;
도 22g는 도 15의 라인 G-G를 따른 섹션이고, 또한 리드가 제3 위치에 있을 때의 장치를 도시한다;
도 23a-23e는 각각 도 22a-22e에 해당하고 도 22f는 도 22g에 대응하며 리드가 제4 위치에 있을 때 장치를 도시한다;
도 24a-24g는 각각 도 22a-22g에 해당하지만 리드가 제5 위치에 있을 때 장치를 도시한다;
도 24h는 도 15의 라인 H-H를 따른 단면도이며, 또한 리드가 제5 위치에 있을 때 장치를 도시한다;
도 25a-25i는 리드가 여전히 제5 위치에 있지만 소정의 시간이 지난 후에 도 12에 도시된 열가소성 유지 부재 또는 캐치가 부분적으로 용융되는 장치를 도시하는 도 15의 각각의 라인 C-C, D-D, B-B, A-A, E-E, G-G, I-I, H-H 및 L-L를 따른 단면도를 도시한다;
도 26a는 도 15의 라인 J-J를 따른 섹션이며, 리드가 제5 위치에 있을 때의 장치를 도시하고 시약 가열 요소를 도시한다;
도 26b는 시약 가열 요소의 보다 상세한 도면이다;
도 27은 열가소성 유지 부재 또는 캐치를 적어도 부분적으로 용융시키기 위한 제2 가열기를 도시하는, 도 15의 라인 K-K를 따른 단면도이다;
도 28은 예 1에 기술된 바와 같이 음성 테스트 결과(중간) 및 양성 테스트 결과(우측)와 함께 사용 전(왼쪽) 및 사용 후 장치를 도시하는 평면도에서 본 발명에 따른 장치의 사진을 도시한다;
도 29 내지 도 72는 본 발명에 따른 장치의 다른 실시예를 도시하며 다음과 같다;
도 29는 장치의 분해 등각 투영도이다;
도 30은 장치의 뒤집한 분해 등각 투영도이다;
도 31은 장치 새시의 평면도이다;
도 32는 새시의 다른 측면에 대응하는 도면이다;
도 33은 섹션 라인 A-A 및 B-B를 도시하는 장치의 측면 입면도이다;
도 34는 섹션 라인 C-C를 도시하는 장치의 유사한 도면이다;
도 35-37은 각각 섹션 라인 D-D, E-E 및 F-F를 도시하는 장치의 평면도이다;
도 38은 라인 E-E를 따라 취한 장치의 단부 부분의 단면 측면도이다;
도 39는 라인 C-C 선을 따른 장치의 일부 단면도이다;
도 40 내지 도 44는 분석 절치의 초기 단계에서 장치가 장치에 의해 수행될 때 도 38에 도시된 장치의 라인 A-A, B-B, D-D, E-E 및 F-F에 따른 단면도이다;
도 45 내지 48은 각각 도 40 내지 43에 대응하는 도면이고, 절차의 제1 단계가 수행되는 위치의 제1 세트에 이르는 방법의 장치 부분의 구성요소의 위치를 도시한다;
도 49-52는 각각 도 45-48에 대응하는 도면이고, 제1 단계가 수행되는 제1 위치에 있을 때의 구성요소를 도시한다;
도 53 내지 도 56은 장치가 제1 단계가 수행되는 조건으로부터 제2 단계가 수행되는 조건으로 전환되는 동안의 다양한 구성요소를 도시하는 대응 도면이다;
도 57-60은 각각 도 53-56에 대응하며 제2 단계가 수행되는 위치에 있는 장치의 구성요소를 도시한다;
도 61-64는 각각 도 53-56에 대응하고, 제2 단계가 수행되는 것과 제3 단계가 수행되는 것의 중간 위치에 있는 장치의 구성요소를 도시한다;
도 65-68은 도 61-64에 각각 대응하고, 제3 단계를 개시하기 전에 더 진보된 중간 위치에 있는 장치의 구성요소를 도시한다;
도 69-72는 각각 도 65-68에 대응하며 제3 단계가 수행되는 동안 장치의 다양한 구성요소의 위치를 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 위 및 일 측면에서 본 분해 등각 투영도이다;
도 2는 장치의 아래 및 일 측면에서 본 유사 도면이다;
도 3은 장치의 슬라이딩가능 리드의 상부 측면의 등각 투영도이다;
도 4는 리드의 하측면의 유사 도면이다;
도 5는 장치의 밸브 부재 및 밸브 액추에이터의 하측면의 등각 투영도이다;
도 6 및 7은 각각 리드와 밸브 액추에이터 사이에 작동 링키지를 제공하기 위한 링키지 암의 상부 및 하부로부터의 등각 투영도이다;
도 8 및 9는 또 다른 이러한 링키지 암의 유사한 도면이다;
도 10 및 11은 각각 장치용 구동 메커니즘의 회전 부재의 상부 및 하부로부터의 등각 투영도이다;
도 12는 구동 수단의 캐치 형성 부분 또는 열가소성 유지 부재의 등각 투영도이다;
도 13 및 14는 각각 장치의 새시의 상부 및 하부로부터의 등각 투영도이다;
도 15는 이후의 도면에 도시된 단면도가 취해지는 라인의 위치를 도시하는 장치의 2개의 평면도와 1개의 측면도를 포함한다;
도 16a-16c는 장치에 의해 수행되는 절차의 다른 단계와 관련된 3개의 위치 중 각각의 하나의 위치에 있는 리드를 도시하는 장치의 평면도이다;
도 17a 및 17b는 각각 장치의 챔버 블록의 상부 및 하부로부터의 평면도이다;
도 18은 장치가 리드가 제1 시작 위치에 있는 구성에 있을 때 도 15의 라인 A-A를 따른 단면도이다;
도 19a는 장치가 동일한 구성에 있을 때 라인 B-B를 따른 단면도이다;
도 19b는 도 19a에 해당하지만 추가 밸브를 포함하는 장치의 대안의 실시예를 도시한다;
도 20a-20f는 리드가 제1 위치에 있을 때 도 15의 라인 C-C, D-D, B-B, A-A, E-E 및 F-F를 따른 단면도이다;
도 21a-21f는 각각 도 20a-20f에 해당하지만 리드가 제2 위치로 이동되었을 때 장치를 도시한다;
도 22a-22f는 각각 도 21a-21f에 해당하지만 리드가 제3 위치로 이동되었을 때 장치를 도시한다;
도 22g는 도 15의 라인 G-G를 따른 섹션이고, 또한 리드가 제3 위치에 있을 때의 장치를 도시한다;
도 23a-23e는 각각 도 22a-22e에 해당하고 도 22f는 도 22g에 대응하며 리드가 제4 위치에 있을 때 장치를 도시한다;
도 24a-24g는 각각 도 22a-22g에 해당하지만 리드가 제5 위치에 있을 때 장치를 도시한다;
도 24h는 도 15의 라인 H-H를 따른 단면도이며, 또한 리드가 제5 위치에 있을 때 장치를 도시한다;
도 25a-25i는 리드가 여전히 제5 위치에 있지만 소정의 시간이 지난 후에 도 12에 도시된 열가소성 유지 부재 또는 캐치가 부분적으로 용융되는 장치를 도시하는 도 15의 각각의 라인 C-C, D-D, B-B, A-A, E-E, G-G, I-I, H-H 및 L-L를 따른 단면도를 도시한다;
도 26a는 도 15의 라인 J-J를 따른 섹션이며, 리드가 제5 위치에 있을 때의 장치를 도시하고 시약 가열 요소를 도시한다;
도 26b는 시약 가열 요소의 보다 상세한 도면이다;
도 27은 열가소성 유지 부재 또는 캐치를 적어도 부분적으로 용융시키기 위한 제2 가열기를 도시하는, 도 15의 라인 K-K를 따른 단면도이다;
도 28은 예 1에 기술된 바와 같이 음성 테스트 결과(중간) 및 양성 테스트 결과(우측)와 함께 사용 전(왼쪽) 및 사용 후 장치를 도시하는 평면도에서 본 발명에 따른 장치의 사진을 도시한다;
도 29 내지 도 72는 본 발명에 따른 장치의 다른 실시예를 도시하며 다음과 같다;
도 29는 장치의 분해 등각 투영도이다;
도 30은 장치의 뒤집한 분해 등각 투영도이다;
도 31은 장치 새시의 평면도이다;
도 32는 새시의 다른 측면에 대응하는 도면이다;
도 33은 섹션 라인 A-A 및 B-B를 도시하는 장치의 측면 입면도이다;
도 34는 섹션 라인 C-C를 도시하는 장치의 유사한 도면이다;
도 35-37은 각각 섹션 라인 D-D, E-E 및 F-F를 도시하는 장치의 평면도이다;
도 38은 라인 E-E를 따라 취한 장치의 단부 부분의 단면 측면도이다;
도 39는 라인 C-C 선을 따른 장치의 일부 단면도이다;
도 40 내지 도 44는 분석 절치의 초기 단계에서 장치가 장치에 의해 수행될 때 도 38에 도시된 장치의 라인 A-A, B-B, D-D, E-E 및 F-F에 따른 단면도이다;
도 45 내지 48은 각각 도 40 내지 43에 대응하는 도면이고, 절차의 제1 단계가 수행되는 위치의 제1 세트에 이르는 방법의 장치 부분의 구성요소의 위치를 도시한다;
도 49-52는 각각 도 45-48에 대응하는 도면이고, 제1 단계가 수행되는 제1 위치에 있을 때의 구성요소를 도시한다;
도 53 내지 도 56은 장치가 제1 단계가 수행되는 조건으로부터 제2 단계가 수행되는 조건으로 전환되는 동안의 다양한 구성요소를 도시하는 대응 도면이다;
도 57-60은 각각 도 53-56에 대응하며 제2 단계가 수행되는 위치에 있는 장치의 구성요소를 도시한다;
도 61-64는 각각 도 53-56에 대응하고, 제2 단계가 수행되는 것과 제3 단계가 수행되는 것의 중간 위치에 있는 장치의 구성요소를 도시한다;
도 65-68은 도 61-64에 각각 대응하고, 제3 단계를 개시하기 전에 더 진보된 중간 위치에 있는 장치의 구성요소를 도시한다;
도 69-72는 각각 도 65-68에 대응하며 제3 단계가 수행되는 동안 장치의 다양한 구성요소의 위치를 도시한다.
도면에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 장치의 실시예는 핵산 증폭 및/또는 면역분석을 포함하는 분석 방법에 의해 액체 샘플을 분석하는 데 사용하기 위한 일회용, 즉 원샷 장치이다. 분석은 제한 없이 병원균의 존재를 검출할 목적 및/또는 전염병이나 암과 같은 질병 또는 질병 상태의 진단, 예방 또는 모니터링을 위해 수행될 수 있다. 액체 샘플은 제한 없이 혈액, 관절 낭액, 소변 또는 뇌척수액과 같은 생물학적 시편이거나 또는 자궁경부 도말 샘플, 혈청 또는 혈장 샘플, 비강, 비인두 또는 인후 면봉 샘플과 같은 면봉 샘플, 대변 샘플, 아픈 샘플 또는 가래 샘플과 같은 생물학적 시편으로부터 유래될 수 있다.
장치에 의해 수행되는 분석은 샘플로부터 유래되거나 또는 샘플 내의 예를 들어 RNA 또는 DNA와 같은 표적 핵산의 핵산 증폭을 포함할 수 있고, 핵산 증폭은 등온일 수 있다. 등온 증폭 방법의 예는 루프 매개 등온 증폭(LAMP), 가닥 변위 증폭(SDA), 헬리카제 의존 증폭(HDA), 닉킹 효소 증폭 반응(NEAR), 핵산 서열 기반 증폭(NASBA), RNA 기술의 신호 매개 증폭(SMART), 롤링 서클 증폭(RCA), 등온 다중 변위 증폭(IMDA), 단일 프라이머 등온 증폭(SPIA), 재조합효소 중합효소 증폭(RPA) 및 중합효소 나선형 반응(PSR)을 포함한다. 장치에서 수행될 수 있는 핵산 분석 방법의 예는 국제 특허 출원 WO2017/017424, WO2018/138499, WO2020/021272 및 WO2021/148816에 기재되어 있다. 분석은 장치의 샘플 수용 챔버에 소정 부피의 액체 샘플을 증착하는 것을 포함할 수 있고, 여기에서 샘플의 적어도 일부가 하나 이상의 시약과 혼합되는 반응 챔버로 이송되고 여기에서 핵산이 증폭 및/또는 면역분석 결합이 수행된다. 그 후, 샘플은 테스트 영역, 예를 들어 장치의 횡방향 흐름 스트립으로 이송될 수 있다.
일부 실시예에서 장치에 의해 수행되는 분석 공정은 따라서 3단계를 갖는 것으로 고려될 수 있다: 샘플의 적어도 일부와 시약(들)의 혼합, 또는 시약 용해, 샘플 및 시약(들)의 반응, 및 그 뒤 반응 샘플의 검사.
도 1 내지 28은 본 발명에 따른 장치의 일 실시예를 도시한다. 도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 이 장치는 하부 케이싱 절반부(2)에 스냅 끼워맞춤되는 상부 케이싱 절반부(1)를 갖는 케이싱을 포함한다. 상부 케이싱 절반부(1)는 사용 시에 투명 라벨(6)로 덮여 있고 이를 통해 장치에 의해 수행된 분석 결과를 결정하기 위해 횡방향 흐름 스트립(LFS)(8)이 가시될 수 있는 연장된 창(4)을 포함한다. 창(4)을 덮는 투명 라벨(6)의 내부 표면은 선택적으로 김서림 방지제로 코팅될 수 있다.
상부 케이싱 절반부(1)는 또한 분석될 샘플을 수용하기 위한 구멍(10)을 포함한다. 구멍(10)은 리드(18)의 힌지 캡(16)과 사용자 접촉가능 리지(14)가 이를 통해 연장되는 슬롯(12)의 단부 바로 뒤에 위치한다. 리드(18)는 케이싱의 연장된 축을 따라 선형 이동하기 위해 챔버 블록(22)의 일부를 형성하는 가이드 레일(20) 상에 장착되고 구동 부재를 구성한다.
챔버 블록(22)은 또한 구멍(10)과 일치하는 샘플 수용 챔버(24) 및 횡방향 흐름 스트립(8)을 수용하기 위한 LFS 챔버(26)를 형성하는 연장된 채널을 포함한다. LFS 챔버는 선택적으로 상부 케이싱 절반부(1)에 접합될 수 있어서 누출 방지 밀봉을 보장하고, 이는 엘라스토머 밀봉, 초음파 용접, 래비린스 밀봉 또는 엘라스토머 실란트 또는 접착제의 비드를 사용하여 달성할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버 블록은 또한 중심 수평 원통형 밸브 챔버(28), 밸브 챔버(28) 위에 위치한 2개의 수평 원통형 피스톤 챔버(32 및 34) 및 피스톤 챔버(32, 34)의 각각의 하나의 단부에 각각 위치되고 밸브 챔버(28)를 가로지르는 2개의 수직 원통형 반응 챔버(36 및 38)를 포함한다.
반응 챔버(36 및 38) 중 하나 또는 둘 모두는 시약(35)의 하나 이상의 비드(35)를 포함하고, 챔버의 바닥은 챔버 포일(39)의 조각에 의해 밀폐되고 밀봉된다.
밸브 챔버(28)는 가이드(20)의 바닥을 따라 슬라이딩 이동하기 위해 밸브 액추에이터(42)에 장착된 밸브 로드(40)를 수용한다. 로드(40) 및 액추에이터(42) 아래에 위치하며 이에 대해 슬라이딩 가능한 한 쌍의 평행 피스톤(44, 46)은 피스톤 액추에이터(48) 상에 장착된다.
피스톤 액추에이터(48)는 회전 구동 부재(54)의 편심 축방향 핀(52)이 연장되는 횡방향 슬롯(50)을 갖는다. 사용 시, 회전 부재(54)의 회전은 우선 일 방향으로 피스톤(46, 44)의 왕복 운동을 야기하고 그 뒤 상반된 방향으로 수행되며 이에 따라 피스톤(46, 44)이 챔버(즉, 실린더) 내에서 2행정을 수행한다. 슬롯(50)의 중심 부분(55)은 일 측이 원호형이다(예를 들어 도 20e 참조). 호의 반경 및 곡률 중심은 각각 핀(52)에서의 회전 부재(54)의 반경 및 회전 부재(54)의 회전 중심에 대응한다. 따라서, 핀(52)이 호형 부분(55)에 있는 동안, 회전 부재의 회전은 피스톤을 이동시키지 않는다. 이 배열은 일반적으로 드웰이 있는 스카치 요크 메커니즘(scotch-yoke mechanism)으로 설명될 수 있다.
회전 부재(54)는 도 1에 도시된 바와 같이 반시계 방향으로 회전 부재를 편향시키는 코일형 토션 스프링(56) 위에 장착된다.
회전 부재(54)(및 이에 따른 피스톤 액추에이터(48)) 및 밸브 액추에이터(42)는 각각 후술하는 방식으로 한 쌍의 호형 링크 암(58, 60)에 의해 리드(18)에 결합된다. 암(58, 60)은 케이싱 절반부(1)에 스냅 끼워맞춤되고 또한 챔버 블록(22)을 지지하는 새시(62) 상의 측면 슬라이딩 이동을 위해 장착된다. 새시(62)는 스프링(56) 및 회전 부재(54)가 장착되는 수직 보스(64)를 포함한다. 보스(64)는 또한 회전 부재(54)의 회전과 이에 따른 피스톤(44, 46)의 움직임을 멈추기 위한 유지 부재(66)(이 경우 열가소성 캐치 형태)를 포함한다. 새시(62) 아래에는 인쇄 회로 기판(PCB)(68) 및 배터리(70)가 수용된다. 2개의 개별 히터가 PCB(68) 상에 인쇄되며, 이들의 모션은 아래에서 설명될 것이다. 발포 히터 패드(72)는 PCB 상의 히터(1201) 중 하나 아래에 배치되어 반응 챔버(36, 38)의 바닥에 대해 히터를 가압한다.
장치의 다양한 구성요소 간의 상호 연결이 이제 설명된다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 보스(64)는 유지 부재(66)를 수용하기 위한 원통형 개구를 형성하기 위해 그 바닥이 개방되어 있다. 상부 반경방향 벽(74)은 보그의 내부 에지로부터 연장되고 중심 원형 구멍(76) 및 한 쌍의 직경방향으로 마주보는 에지 구멍(78, 80)을 포함한다. 유지 부재(66)는 한 쌍의 축 핑거(86, 88)가 상부로부터 연장되는 더 큰 직경의 원통형 몸체 부분(84) 아래에 위치한 원통형 베이스 부분(82)을 갖는다. 각각의 핑거(86, 88)는 유지 부재의 반경방향 평면에 대해 경사진 각각의 램프 표면(90, 92)을 포함한다. 조립된 장치에서, 유지 부재(66)는 에지 구멍(78, 80)을 통해 상향 돌출하는 핑거(86, 88)와 함께 보스(64) 내에 억지 끼워맞춤된다. PCB(68)는 내부에 부재(66)를 유지하도록 보스에 의해 형성된 원통형 개구 아래에서 연장되는 팁(94)을 갖는다. 히터는 팁(94)에 인쇄되며 사용 시 후술된 바와 같이 베이스(82)를 용융시킨다.
스프링(56)은 보스(64)의 외부에 끼워 맞춤되고 새시(62) 내의 슬롯(98)에 끼워맞춤되는 후크형 하부 단부(96)를 갖는다. 스프링(56)의 마주보는 단부에는 또한 회전 부재(54)의 상부 면에 있는 슬롯(102)에 위치하는 후크(100)가 제공된다. 스프링(56)은 회전 부재(54)에 비틀림 편향력을 가하여 회전 부재가 반시계 방향으로 회전하도록 사전로딩된다.
도 10 및 11에서 볼 수 있는 바와 같이, 회전 부재(54)는 일반적으로 원통형 몸체 부분(104) 및 몸체 부분(104)의 축방향 중간 부분(즉, 상부와 하부 사이)으로부터 외측으로 돌출되는 반경방향 플랜지(106)를 갖는다. 2개의 대향하는 스냅 암(108)은 몸체 부분의 상부로부터 하향으로 연장되고, 조립된 장치에서, 회전 부재(54)가 보스 상에 유지되도록 보스(64)의 중심 원형 구멍(76)에 스냅 끼워맞춤되고, 새시(62)에 유지되지만 보스(64)의 축을 중심으로 회전할 수 있다. 2개의 직경방향으로 대향하는 접합부(110, 112)는 몸체 부분(104)의 상부로부터 축방향으로 하향 연장되고, 각각은 보유 부재(66)의 핑거(86, 88) 상에서 램프(90, 92)의 각각의 하나와 맞물리기 위해 각각의 경사 표면(114, 116)을 갖는다.
플랜지(106)의 하측면은 장치의 작동 제어에 사용되는 복수의 형성부가 제공된다. 보다 구체적으로, 플랜지는 PCB(68) 상의 전기 광학 스위치를 위한 근접 스위치 액추에이터로서 기능하는 딥핑된 부분(118)을 갖는다. 액추에이터는 회전 부재(54)가 최종 회전 단계를 완료할 때 스위치를 닫는다.
제1 립(120)은 몸체(104)로부터 일반적으로 반경방향으로 연장되고, 사용 시 후술하는 방식으로 링키지 암(60) 상의 접합부와 맞물린다. 제2의 약간 만곡된 립(122)은 또한 플랜지(106)의 하측면에 제공되고 아래에서 다시 논의되는 바와 같이 암(58) 상의 접합부와 맞물린다. 추가 반경방향 립(124)은 몸체 부분(104)의 상부에 제공되며, 사용 시 장치의 작동 종료 시 피스톤 액추에이터(48)와 맞물린다.
스프링(56)이 보스(64)의 외측에 있지만 몸체 부분(104) 내에 위치한다는 것을 이해할 것이다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 각각의 링키지 암(58, 60)은 일반적으로 호형이고, 링키지 암이 가이드 새시(62) 내의 가이드 슬롯(131-134)에 장착되는 각각의 한 쌍의 후크형 러그(125, 126, 128, 130)를 포함하여 암이 장치의 연장된 축에 수직인 방향으로 선형으로 이동하도록 제한된다.
링키지 암(58 및 60)은 러그의 배향을 제외하고는 서로 유사한 구성이며, 둘 다는 암이 밸브의 움직임에 대해 90° 외측으로 이동함으로써 밸브를 전방으로 이동시키기 위해 밸브 액추에이터(42)와 캐밍 맞물림을 구성하는 리드(18) 및 밸브 립(136, 138)의 하측면에 있는 각각의 가이드 트랙에 맞물리기 위한 핀(132 및 134)을 갖는다.
각각의 암은 또한 회전 부재(54)의 플랜지(106)의 하측면에 있는 각각의 립에 인접하여 사용 시 립의 회전을 방지하는 정지부(140, 142)를 포함한다.
정지부(142)는 사용 시 장치의 작동 전에 제1 립(120)과 맞물린다. 정지부(140)는 접합부(110, 112)가 핑거(86, 88)에 접근할 때 회전 부재(54)의 속도를 제어하기 위해 제2 립(122)과 맞물린다.
도 5는 밸브 액추에이터(42) 및 밸브 로드(40)의 하측면을 도시한다. 액추에이터의 하측면은 전방 캐밍 표면(144) 및 전방 캐치(148)인 캐밍 표면(144) 반대편의 후방 캐밍 표면(146)을 포함하는 다수의 형성부를 갖는 것으로 도시될 수 있다. 예를 들어, 도 20a에서 볼 수 있는 바와 같이, 밸브가 이의 초기 위치에 있는 액추에이터 암(60)의 밸브 립(138)은 전방 캐밍 표면(144)과 캐치(148) 사이의 공간에 위치된다. 밸브 립(138)은 밸브 액추에이터 및 이에 따라 시작 위치에서 장치의 다양한 연결된 이동가능 부품을 해제가능하게 유지한다.
리드(18)를 장치를 따라 전방으로 슬라이딩하는 것은 암(60)의 수평 외측 이동을 야기할 것이고, 따라서 밸브(138)가 캐밍 표면(144)을 향하여 이동하게 하여 밸브 액추에이터 및 밸브 로드를 장치 내에서 선형 전방으로 이동시킨다. 이 움직임은 밸브 립(136)를 후방 캐밍 표면(146)과 측면 정렬하게 하여 암(58)의 후속 외향 움직임이 밸브 액추에이터(42) 및 이에 따라 밸브 로드(40)의 추가 전방 움직임을 야기할 것이다.
핀(132, 134)은 각각 리드(18)의 하측면에 형성된 각각의 가이드 웨이(150, 152)로 연장된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 가이드 웨이는 둘 다 리드(18)의 중심 연장된 축으로부터 멀어지게 분기되어, 가이드 웨이(150)는 가이드 웨이(152)보다 리드(18)의 전방을 향하는 위치에서 이를 수행한다. 결과적으로, 리드(18)의 전방 방향으로의 이동은 상반된 방향으로 암(58)의 횡방향 이동 전에 암(60)의 횡방향 외향 이동을 야기한다.
캡(16)은 리빙 힌지(154)를 통해 리드(18)의 나머지 부분에 연결되고, 리드는 리드를 이의 최종 위치에서 잠그고 이를 최초 위치로 복귀하는 것을 방지하기 위하여 리드(18)의 전방 슬라이딩 이동 중에 사용자에게 도달된 위치의 촉각 피드백을 제공하기 위해 사용 시에 새시 상에 가요성 암(609)과 맞물리는 램프(156)와 같이 측면에 램프가 제공된다. 스위치 탭(158)은 리드(18)의 하측면으로부터 아래로 연장되고, 아래에 설명된 바와 같이 리드가 전방으로 이동함에 따라 특정 전기 구성요소의 활성화를 토글링한다.
장치의 챔버 블록(22)은 이제 각각 챔버 블록(22)의 하향식 및 상향식 도면을 도시하는 도 17a 및 17b를 참조하여 상세히 설명될 것이다.
챔버 블록(22)은 절차의 상이한 단계에서 액체를 수용하기 위한 몇 개의 별개의 구역을 갖는다. 이들 중 첫 번째는 액체 샘플이 배치되는 샘플 수용 챔버(24)이고; 이 챔버는 도 17a에서 가장 명확하게 볼 수 있다. 액체 샘플은 예를 들어 혈액 샘플 또는 타액 샘플일 수 있고 선택적으로 하나 이상의 버퍼와 같은 다른 액체와 혼합될 수 있다.
여전히 도 17a를 참조하면, 챔버 블록(22)은 횡방향 흐름 스트립(LFS)(8)을 수용하기 위한 LFS 챔버(26)를 형성하는 연장된 채널을 추가로 특징으로 한다.
도 17b에 도시된 바와 같이, 2개의 반응 챔버(36, 38) 각각은 챔버 포스트(307)를 갖는다. 반응 챔버(36, 38)는 액체 샘플이 시약과 혼합되는 영역이다. 각각의 반응 챔버(36, 38)의 바닥 부분은 바람직하게는 도 1에 도시된 챔버 포일(39)과 같은 챔버 밀봉 표면에 의해 밀봉된다. 하기에서 더 상세히 설명된 바와 같이, 각각의 반응 챔버(36, 38)는 하나의 비드(35)를 수용하는 것으로 도시되어 있고, 챔버 포스트(307)의 목적은 예를 들어 장치가 이동 중일 때 반응 챔버(36, 38) 내의 정확한 위치에 비드(35)를 유지하는 것이다.
밸브 챔버(28)는 밸브 로드(40)를 수용하고 샘플 수용 챔버(24), LFS 챔버(26) 및 반응 챔버(36, 38)가 장치의 작동 중에 밸브 챔버(28) 내에서 밸브 로드(40)의 선형 운동을 통해 서로 선택적으로 흐름적으로 연결될 수 있게 한다.
샘플 수용 챔버(24)는 밸브 포트(311)를 통해 밸브 챔버(28)에 직접 흐름적으로 연결된다. 반응 챔버(36, 38)는 각각 각각의 반응 챔버 채널(313)에 연결되며, 각각은 다시 단일(즉, 공유된) 반응 챔버 채널 포트(315)를 통해 밸브 챔버(28)에 흐름적으로 연결된다. LFS 챔버(26)는 LFS 채널 입구 포트(319)에서 밸브 챔버(28)에 흐름적으로 연결되고 LFS 채널 출구 포트(321)에서 LFS 챔버(26)에 흐름적으로 연결되는 LFS 채널(317)을 통해 밸브 챔버에 유사하게 연결된다.
원통형 피스톤 챔버(32, 34)는 밸브 챔버(28)에 평행하게 위치하며 밸브 챔버의 측면에 위치한다. 후술하는 바와 같이, 각각의 피스톤 챔버는 각각의 반응 챔버(36, 38)에 흐름적으로 연결되고 각각의 피스톤을 수용하도록 형성된다.
리드(18)가 도 16a-16c에 도시된 일련의 위치 사이에서 이동함에 따라, 피스톤(44 및 46)은 초기에 시약(비드(35)의 형태로 제공됨)과 혼합되어 용액(또는 혼합물)을 형성하고 가열되는 반응 챔버(36, 38)로 샘플 수용 챔버(24)로부터 액체 샘플을 끌어당기도록 제어된다. 피스톤(44, 46)은 후속적으로 제어되어 결과 용액을 적절한 시간에 반응 챔버 밖으로 그리고 LFS 스트립(8) 상으로 구동시킨다. 하기에서 더 상세히 설명된 바와 같이, 도 16a-16c에서의 위치 사이에서 리드(18)를 이동하면, 또한 밸브 챔버(28) 내에서 밸브 로드(40)의 위치가 조절되고 필요에 따라 챔버 블록(22)의 다양한 챔버 사이에 흐름 경로를 설정하도록 선택적으로 연결한다.
챔버 블록(22)의 챔버 사이의 상호 연결은 도 18, 19a 및 19b에 도시된 진단 장치의 단면도에서 볼 수 있다.
도 15의 섹션 라인(A-A)을 따른 장치의 단면도를 도시하는 도 18에서 시작하여, 비드(35)는 각각의 반응 챔버 내의 각각의 챔버 포스트(307)에 의해 유지되는 것을 볼 수 있다. 반응 챔버는 각각의 피스톤 포트(401)에 의해 각각의 피스톤 챔버(32 및 34)에 흐름적으로 연결된다. 도 18에서, 피스톤(44 및 46)은 피스톤 챔버(32 및 34)에 완전히 삽입된 것으로 도시되어 있다.
도 15의 섹션 라인(B-B)를 따른 장치의 단면도를 도시하는 도 19a로 이동하면, 샘플 수용 챔버(24)가 밸브 포트(311)를 통해 밸브 챔버(28)에 연결된 것으로 도시되어 있다.
밸브 챔버(28)에 위치된 밸브 로드(40)는 장치의 작동 중에 밸브 챔버(28) 내에서 선형으로 병진운동함에 따라 반응 챔버(36, 38)를 샘플 수용 챔버(24) 또는 LFS 챔버(26)에 선택적으로 연결하도록 형상화된다. 도시된 예에서, 밸브 로드(40)의 팁은 2개의 인접한 립/리지 사이의 영역, 즉 밸브 로드(40)의 원주 주위의 립/리지에서만 흐를 수 있도록 액체의 흐름을 제한하는 립형/리지형 밀봉부를 가지며, 이는 밸브 챔버(28)의 내부 표면에 대해 단단한 밀봉을 형성한다. 밀봉부는 고무와 같은 재료로 제조될 수 있고 선택적으로 축방향으로 고정된 일련의 O-링 등과 같은 다른 밀봉/결합 메커니즘으로 대체될 수 있다.
도 19a에서, 밸브 로드(40)는 샘플 수용 챔버(24)가 다른 챔버에 흐름적으로 연결되지 않도록(즉, 밸브 챔버(28)에만 흐름적으로 연결됨) 최대한 철회/수축된 위치에 있다.
반응 챔버 채널 포트(315)는 또한 도 19a에서 볼 수 있다. 이 포트는 반응 챔버 채널(313)을 통해 밸브 챔버(28)를 반응 챔버(36, 38)에 연결한다. 도 19a의 구성에서, 밸브 로드(40)는 반응 챔버(36, 38)가 밸브 챔버(28)에 흐름적으로 연결되지만 LFS 스트립(8)을 수용하는 LFS 챔버(26) 또는 샘플 수용 챔버(24)에는 연결되지 않도록 위치된다. 반응 챔버(36, 38)는 항상 피스톤 포트(401)를 통해 피스톤 챔버(32, 34)에 흐름적으로 연결되며, 즉 밸브 로드(40)는 반응 챔버(36, 38)와 피스톤 챔버(32, 34) 사이의 커플링에 영향을 미치지 않거나 제어할 수 있다.
전술한 바와 같이, LFS 챔버(26)는 LFS 채널(317)을 통해 밸브 챔버(28)에 연결된다. LFS 채널(317)은 LFS 채널 입구 포트(319)를 통해 밸브 챔버(28)에 연결되고, LFS 챔버(26)는 LFS 채널 출구 포트(321)를 통해 LFS 챔버(26)에 연결된다. 도 19a의 구성에서, LFS 챔버(26)는 밸브 챔버(28)에만 흐름적으로 연결되며, 즉 샘플 수용 챔버(24) 또는 반응 챔버(36, 38)와 유체 연통하지 않는다.
개구(501)는 밸브 챔버(28)의 단부에 배치된다. 이는 장치의 작동 중에 밸브 로드(40)가 밸브 챔버(28)에 삽입될 때 공기가 밸브 챔버(28)로부터 배출되게 한다.
도 19b는 LFS 밸브(322)가 LFS 채널 출구 포트(321)의 하류에 위치하는 본 발명에 따른 장치의 대안적인 실시예를 도시한다. LFS 밸브(322)는 액체가 바람직하게는 한 방향으로 LFS 챔버(26)에 선택적으로 유입되도록 한다. LFS 밸브(322)는 더크빌(duckbill), 엄브렐러(umbrella) 또는 크로스 슬릿형 밸브와 같은 압력 활성화 수동 밸브일 수 있다.
장치의 작동이 이제 설명될 것이다.
진단 장치의 초기 상태는 각각 도 15의 섹션 라인(C-C, D-D, B-B, A-A, E-E 및 F-F)를 통한 장치의 단면도를 각각 도시하는 도 20a-20f에 도시되어 있다. 이는 장치가 테스트를 수행하기 위해 사용자에게 제공되는 상태이다.
사용 시, 샘플은 샘플 수용 챔버(24)로 도입되고 리드(18)는 장치의 사용자에 의해 이의 제1 위치(초기 위치)로부터 선형으로 전방으로 병진운동하여 각각의 링키지 암 핀(132, 134)(및 결과적으로 암 자체)이 장치의 작동 중에 사전결정된 단계에서 가이드 웨이(150, 152)에 의해 선형으로 외측으로(즉, 장치의 중심 종방향 축에서 멀어지도록) 안내된다. 제1 암(60) 및 제2 암(58)은 내측 또는 외측으로만 선형으로 이동할 수 있는 방식으로, 즉 장치의 종방향 축에 평행한 방향으로의 이동이 방지되는 방식으로 장치에 유지된다.
리드(18)의 선형 이동은 초기에 구부러지지 않은 중립 위치에 있는 새시(62)의 반대쪽에 위치한 가요성 암(609)에 의해 저지된다.
밸브 로드(40)는 초기에 도 20c에서 가장 잘 보이는 바와 같이 최대로 후퇴된 위치에 있다.
밸브 로드(40)의 이동은 전술한 바와 같이 밸브 액추에이터(42)와 맞물리는 제1 암(60) 상의 밸브 립(138)에 의해 초기에 방지된다. 이 위치에서 밸브 로드(40)는 샘플 수용 챔버(24), LFS 챔버(26) 및 반응 챔버(36, 38) 사이의 유체 연통을 방지한다(즉, 이들 채널은 서로 밀폐됨). 또한, 밸브 로드(40)의 구성은 반응 챔버(36, 38) 내의 비드(35)가 습기로부터 차폐됨을 의미한다.
도 20b는 회전 부재(54)를 통한 장치의 하향식 단면도를 도시한다. 회전 부재(54)는 구동 스프링(56)(도 20b에는 도시되지 않음)에 의해 탄성적으로 편향되며, 이는 회전 부재(54)를 편향시켜 장치를 위에서 보았을 때 반시계 방향으로 회전시킨다. 장치의 초기 상태에서, 회전 부재(54)의 반시계 방향 회전은 제1 암(60) 상의 밸브 립(142)와 회전 부재(54) 상의 립(120) 사이의 접촉에 의해 방지된다.
피스톤(46)을 통한 측면 및 하향식 단면도를 도시하는 도 20d 및 20e에 도시된 바와 같이, 피스톤(44 및 46)은 초기에 완전히 삽입되고 즉, 두 피스톤 모두는 피스톤 챔버(32 및 34) 내에 완전히 삽입된다. 하기에서 더 상세히 설명된 바와 같이, 피스톤(44, 46)은 사용자가 리드(18)를 이동시킬 때 회전 부재(54) 상의 핀(52)에 의해 작동된다. 핀(52)은 스카치 요크 배열로 피스톤 액추에이터(48) 상의 슬롯(50)에 유지되어 회전 부재(54)의 회전 모션이 피스톤의 선형 운동으로 변환된다.
도 20f는 PCB(68) 상의 활성화 스위치(623)를 통한 측면 단면도를 도시한다. 활성화 스위치(623)는 초기에 개방 위치에 있다.
환자로부터 채취한 혈액 또는 타액 샘플과 같은 샘플(및 완충 용액과 같은 다른 액체와 선택적으로 혼합됨)이 사용자에 의해 샘플 수용 챔버(24)에 로딩된 후, 사용자는 리드를 도 16b에 도시된 위치로 전방으로 밀어 진행한다.
도 21a-21f는 리드(18)가 도 16a 및 16b에 도시된 위치 사이에서 전이하는 중간 단계에 있는 장치의 구성을 도시한다. 도 21a-21f에 도시된 도면은 도 20a-20f의 도면에 대응하지만 리드(18)가 새로운 위치로 이동되었다.
도 21a에 도시된 바와 같이, 초기 위치에서 리드(18)의 움직임에 저항했던 가요성 암(609)은 이제 리드(18) 상의 가요성 암 램프(156)에 의해 구부러진다. 가요성 암(609)은 가요성 암 램프(156)에 대해 계속 접하고 가요성 암(609)과 가요성 암 램프(156) 사이의 마찰로 인한 리드(18)의 움직임에 계속 저항한다.
여전히 도 21a를 참조하면, 리드(18)를 전방으로 이동함에 따라 제1 암 핀(134)이 리드(18) 상의 가이드 웨이(150)를 따르게 하여, 제1 암(60)이 외측으로 선형으로 이동하게 한다(즉, 장치의 중심 축으로부터 멀어지게 한다). 제1 암(60)이 선형으로 바깥쪽으로 이동함에 따라, 제1 암 밸브 립(138)은 밸브 로드(40)를 밸브 챔버(28) 내로 추가로 가압한다.
도 21c에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 밸브 챔버(28)로의 밸브 로드(40)의 선형 이동은 밸브 포트(311)와 반응 챔버 채널 포트(315)를 서로 유체 연통하게 하여 샘플 수용 챔버(24)와 반응 챔버(36, 38)를 연결하여(및 그 사이에 흐름 경로를 설정) 액체가 적절한 압력 구배의 적용 시에 이들 챔버들 사이에 흐를 수 있다(이러한 압력 구배의 결여는 이 단계에서 액체가 흐르지 않는다는 것을 의미한다). LFS 채널(317)은 이 단계에서 샘플 수용 챔버(24) 및 반응 챔버(36, 38) 모두로부터 격리된 상태로 유지된다.
도 21b에 도시된 바와 같이, 회전 부재(54)는 제1 암(60) 상의 정지부(142)와 회전 부재(54) 상의 립(120) 사이의 접합부로 인해 이의 초기 위치에 여전히 유지된다. 핀(52)을 통해 회전 부재(54)에 결합되는 피스톤(44, 46)은 또한 이의 최기 위치로 유지된다(도 21d 및 21e에 도시된 바와 같음). 마찬가지로, 활성화 스위치(623)는 개방 위치에 유지된다(도 21f에 도시된 바와 같음).
사용자는 리드(18)가 도 16b에 도시된 위치로 완전히 이동된 상태에서 장치의 구성을 도시하는 도 22a-22g에 도시된 위치로 리드(18)를 전방으로 계속 이동시킨다. 도 22a-22f에 도시된 도면은 다시 도 20a-20f(및 도 21a-21f)의 도면에 대응하지만 리드(18)가 새로운 위치로 이동되었다. 도 22g는 도 15의 섹션 라인(G-G)을 통한 장치의 단면도이다.
도 22a에 도시된 바와 같이, 새시(62) 상의 클릭 암(609)은 리드(18) 상의 제1 요홈(801)에 수용되고 원래의 구부러지지 않은 위치로 복귀된다. 이 단계에서, 사용자는 암 램프(156)와 클릭 암(609) 사이의 증가된 각도와 조합되어 사용자가 일시 정지시키는 클릭을 느낀다. 아래에 기술된 바와 같이, 이러한 정지는 샘플 수용 챔버(24)와 챔버 블록(22)의 반응 챔버(36, 38) 사이에서 액체가 이동하는 시간을 제공한다.
반응 챔버(36, 38)가 샘플 수용 챔버(24)에 흐름적으로 연결된 상태를 유지하도록(도 22c에 도시된 바와 같이) 이 단계에서 밸브 로드(40)의 추가 이동이 발생하지 않는다.
여전히 도 22a를 참조하면, 리드(18)가 사용자에 의해 더 전방으로 이동됨에 따라 리드(18) 상의 가이드 웨이(150)를 계속 따르는 핀(134)으로 인해 제1 암(60)이 이제 더 외측으로 이동한다. 도 22b에서 볼 수 있는 바와 같이, 제1 암(60)의 이러한 추가적인 이동은 정지부(142) 및 립(120)이 분리되게 하여, 회전 부재(54)가 스프링(56)에 의해 제공되는 탄성 편향으로 인해 회전하는 것을 자유롭게 한다. 회전 부재(54) 상의 립(122)이 제2 링키지 암(58)의 정지부(140)와 맞물릴 때까지 회전 부재는 회전한다.
회전 부재(54)의 이동은 피스톤(44, 46)이 도 22d 및 22e에서 볼 수 있는 바와 같이 챔버 블록(22)의 피스톤 챔버(32 및 34) 내에서 완전히 수축/후퇴하게 한다(즉, 회전 부재(54)의 회전 이동이 핀(52)이 피스톤 슬롯(50)을 따름에 따라 피스톤과 핀(52) 사이의 상호 작용을 통해 피스톤의 선형 운동으로 변환된다). 피스톤의 후퇴는 피스톤 챔버(32, 34) 내에 부분 진공을 생성함으로써 피스톤 포트(401)를 통해 반응 챔버(36, 38)로부터 피스톤 챔버(32, 34) 내로 공기(또는 장치가 퍼징된 경우 다른 가스)를 흡입한다. 피스톤 챔버(32, 34)로 흡입되는 공기의 부피는 피스톤 챔버(32, 34)의 크기와 피스톤이 이동하는 거리에 의해 사전결정된다.
밸브 로드(40)가 반응 챔버(36, 38)를 샘플 수용 챔버(24)에 결합하도록 위치되기 때문에, 이는 액체 샘플이 샘플 수용 챔버(24)로부터 반응 챔버 채널(313) 및 반응 챔버 채널 포트(315)를 통하여 반응 챔버(36, 38) 내로 끌어당겨지게 한다. 반응 챔버(36, 38)로 흡입되는 액체의 부피는 피스톤 챔버(32, 34)로 흡입되는 공기의 부피, 즉 미리 정해진 부피에 해당한다.
요약하면, 피스톤의 후퇴는 액체 샘플의 사전결정된 부피가 샘플 수용 챔버(24)로부터 밸브 포트(311)를 통해 밸브 챔버(28)로 흡입된 다음, 반응 챔버 채널 포트(315)와 반응 챔버 채널(313)을 통해 반응 챔버(36, 38) 내로 흡입된다.
이 단계에서, 바람직하게는 동결건조된 시약 비드 또는 이와 유사한 비드(35)는 액체 샘플과 혼합되어 용액(또는 혼합물)을 형성한다. 대안적으로, 시약은 장치에서 액체 형태이거나 비드로 제공되기보다는 제자리에서 건조될 수 있다.
도 22f에 도시된 바와 같이, 활성화 스위치(623)는 이제 리드(18) 상의 스위치 탭(158)에 의해 밀폐되어 있다. 이러한 방식으로 활성화 스위치(623)의 작동은 소위 '다크 모드'에서 장치를 활성화하여 사용자가 장치가 활성 상태임을 인식하지 못한다. 활성화 스위치(623)의 작동은 또한 리드(18)가 너무 빨리 이동하지 않도록 보장하기 위해 타이머를 시작하고 이는 샘플 수용 챔버와 반응 챔버 사이의 액체 흐름에 충분한 시간이 있도록 보장한다. PCB(68) 상의 시약 가열 요소는 반응 챔버(36, 38) 내의 용액 가열을 시작하기 위해 이 단계에서 또한 활성화될 수 있다.
회전 부재(54) 상의 래치 차단부(110, 112)는 보유 부재(66)를 통해 취해진 종단면도를 도시하는 도 22g에 도시된 바와 같이 이 단계에서 유지 부재(66) 상의 회전 부재 차단부(86, 88)에 대해 접할 수 있다. 그러나, 유지 부재(66)는 이 단계에서 맞물리지 않은 상태로 유지되며, 즉 유지 부재(66)는 구멍의 에지에 의해 차단될 때까지 유지 부재(66) 상에 핑거(86, 88)가 회전하도록 허용하는 구멍(78, 80)으로 인해 이 지점에서 회전 부재(54)의 회전을 억제하지 않는다.
본 명세서에 기술된 바와 같이 그 기능을 유지하면서, 유지 부재(66)는 약 15°까지 자유롭게 회전할 수 있고, 이는 핑거(86, 88)가 래치 차단 특징부(110, 112)를 방해하지 않고 유지 부재와 회전 부재가 조립되도록 허용하는 동시에 회전 부재의 최대 회전을 허용하여 동일한 기계적 작동을 달성하면서 더 작은 직경을 허용하여 보다 효율적이다.
잠시 멈춘 후(클릭 암(609)이 리드(18)의 제1 요홈(801)을 클릭하고 리드(18)의 저항이 증가하기 때문에) 사용자는 계속해서 리드(18)를 도 16c의 위치를 향해 전방으로 이동시킨다. 도 23a-23f는 도 16b 및 16c에 도시된 위치들 사이에 리드(18)가 있는 장치의 구성을 도시한다. 도 23a-23e의 도면은 업데이트된 위치에 있는 리드(18)를 갖는 도 22a 내지 22e의 도면에 대응하고, 도 23f의 도면은 업데이트된 위치에 있는 리드(18)를 갖는 도 22g의 도면에 대응한다.
도 23a에 도시된 바와 같이, 리드(18)를 선형으로 전방으로 이동시키는 것은 핀(132)이 리드(18) 상의 가이드 웨이(152)를 계속 따라감에 따라 제2 암(58)이 선형으로 외측으로 이동하게 한다. 이는 제2 암(58) 상의 밸브 립(138)이 밸브 액추에이터(42) 상의 후방 캐밍 표면(146)에 대한 접합부로 인해 밸브 로드(40)를 전방으로 가압한다.
도 23c에서 볼 수 있는 바와 같이, 이는 밸브 로드(40)가 밸브 챔버(28) 내로 추가로 삽입되게 하여, 반응 챔버 채널 포트(315) 및 LFS 채널 입구 포트(319)가 서로 유체 연통하게 하여 반응 챔버와 LFS(8)를 수용하는 LFS 챔버(26) 사이의 흐름 경로가 형성된다. 도 19b에 도시된 실시예에서, 이 흐름 경로는 현재 LFS 밸브(322)에 의해 밀봉된 상태로 남아 있다.
이 단계에서, 클릭 암(609)은 리드(18) 상의 클릭 암 램프(156)에 의해 다시 한 번 외측으로 구부러지고 계속해서 클릭 암 램프(156)에 접하고 리드(18)의 움직임에 저항한다.
한편, 제2 암(58)의 선형 외향 이동은 또한 도 23b에 도시된 바와 같이 제2 암(58) 상의 정지부(140)와 회전 부재(54) 상의 립(122) 사이의 각진/경사 접합부로 인해 제2 암(58)의 움직임과 함께 회전 부재(54)가 천천히 반시계 방향으로 회전하는 것을 허용한다. 그러나, 이러한 회전 부재(54)의 회전은 피스톤을 이동하게 하지 않는다. 대신에, 핀(52)은 슬롯(50)의 호형 부분(55)(도 23E에서 볼 수 있음)을 따르며, 이는 회전 부재(54)가 피스톤을 이동시키지 않고 회전할 수 있게 한다. 결과적으로 이 단계 동안 챔버들 사이에 액체 이동이 발생하지 않는다. 회전 부재(54)가 회전함에 따라, 접합부(110, 112)는 유지 부재(66) 상의 축방향 핑거(86, 88)와 맞물리고 이어서 구멍(78, 80)의 에지를 향해 유지 부재(66)를 회전시킨다. 유지 부재(66) 및 이어서 회전 부재(54)는 구멍(78, 80)의 에지에서 새시와 이들 핑거의 맞물림에 의해 새시(62)에 대해 각지게 고정된다. 이 지점에서 립(122)과 제2 암(58) 상의 정지부(140)는 분리될 수 있고 회전 부재(54)는 더 이상의 회전이 방지될 것이다.
그 다음 사용자는 리드(18)를 도 24a-24h에 도시된 구성으로 전방으로 계속 이동시키며, 이는 도 16c에 도시된 장치의 구성, 즉 밀폐 위치에 있는 리드(18)에 대응한다. 도 24a-24g의 도면은 리드(18)가 밀폐 위치로 이동한 상태에서 각각 도 22a-22g의 도면에 대응한다. 도 24h는 도 15의 섹션 라인(H-H)을 통한 장치의 단면도를 도시한다.
이 단계에서 캡(16)은 도 24c에 도시된 바와 같이 샘플 수용 챔버(24)를 밀봉한다. 이는 리드(18)가 샘플 수용 챔버(24)를 향해 탄성적으로 편향되기 때문에 발생하거나 사용자의 도움으로 발생할 수 있다. 도 24a에 도시된 바와 같이, 클릭 암(609)은 리드(18) 상의 제2 요홈(1001)과 맞물리며, 이는 리드(18)가 클릭 암(609)에 대한 접합부를 통해 다시 개방되는 것을 방지하도록 형상화된다.
리드(18)가 전방으로 이동함에 따라 핀(132)은 계속해서 리드(18) 상의 가이드 웨이(152)를 따르며, 이는 제2 암(58)이 더 외측으로 이동하게 한다. 제2 암(58)의 이러한 이동은 밸브 로드(40)를 밸브 챔버(28)의 최종 위치(도 24c에 도시됨)로 더 가압하고, 또한 회전 부재(54) 상의 립(122)와 제2 암(58) 상의 정지부(140)를 분리시켜서 도 24b에 도시된 바와 같이 회전 부재(54)를 완전히 해제한다.
밀폐된 제2 위치(최종 위치)에 리드(18)가 있는 상태에서, 밸브 로드(40)는 이제 반응 챔버 채널 포트(315) 및 LFS 채널 입구 포트(319)가 이제 완전히 개방되고 서로 유체 연통하도록 밸브 챔버(28)에 완전히 삽입되어 도 24c에 도시된 바와 같이 반응 챔버 채널 포트(315) 및 LFS 채널(317)(및 관련 포트)을 통해 LFS 챔버(26)를 반응 챔버(36, 38)에 결합한다. 도 19b에 도시된 실시예에서, LFS 챔버(26)와 반응 챔버(36, 38) 사이의 흐름 경로는 현재 LFS 밸브(322)에 의해 밀봉된 상태로 유지된다.
도 24f에 도시된 바와 같이, 리드(18)가 전방으로 이동함에 따라 리드(18) 상의 스위치 탭(158)이 활성화 스위치(623)와 결합 해제되어, 활성화 스위치(623)를 해제/개방한다. 이는 차례로 장치를 나타내는 깜박이는 녹색 LED가 활성화됨에 따라 표시가 사용자에게 디스플레이되게 할 수 있다. 활성화 스위치(623)가 너무 신속하게 밀폐되고 개방되는 경우(즉, 사용자가 리드(18)를 너무 신속하게 이동시키면) 오류가 발생했음을 나타내기 위해 다른 표시(예컨대 적색 LED)가 사용자에게 표시될 수 있으며 그렇지 않으면 장치가 기능을 중단할 수 있다. 이는 사용자가 리드(18)를 작동할 때 유체가 샘플 수용 챔버와 반응 챔버들 사이를 흐르기에 충분한 시간을 갖도록 보장하는 안전장치 메커니즘이다. 활성화 스위치(623)가 밀폐되는 지속 시간은 활성화 스위치(623)가 처음 밀폐되었을 때 시작된 타이머를 사용하여 결정될 수 있다.
도 24h에 도시된 근접 센서(1003)는 회전 부재(54)의 위치를 검출하는데 사용된다. 도 24h에서, 근접 센서(1003)는 예를 들어 센서의 2mm 내에서 장애물이 없음을 검출하는 데 사용될 수 있다.
시약 가열 요소가 반응 챔버(36, 38)의 용액을 가열하기 위해 이미 활성화되지 않은 경우(예를 들어 활성화 스위치(623)가 초기에 밀폐되었을 때) 이제 타이머에 따라 또는 활성화 스위치(623)의 재개방에 의해 활성화될 것이다. 히터는 반응 성능에 최적화된 미리정의된 온도로 제어된다. 특정 온도에 도달하면 반응이 발생하는 동안 장치의 가열 기간을 제어하는 타이머가 트리거링된다. 타이머의 실제 지속 시간은 수행 중인 진단 테스트에 따라 종속되지만 예를 들어 약 1-20분일 수 있다.
반응 타이머가 완료되면 꺼지고 PCB의 팁(94)에 있는 가열 요소가 켜진다.
PCB의 팁(94) 상의 가열 요소로부터의 열이 유지 부재(66)의 바닥 표면(용융면)을 용융시키기 때문에, 접합부(110, 112)와 핑거(86, 88) 사이의 경사진 맞물림은 유지 부재(66)를 가열 요소에 대해 아래로 가압한다. 따라서, 유지 부재(66)가 용융되고 높이가 감소함에 따라, 스프링(56)에 의해 제공되는 회전 부재(54) 상의 탄성 편향은 경사면이 가열 요소에 대해 유지 부재(66)의 용융되지 않은 부분을 압축한다. 회전 부재(54)는 유지 부재(66)가 용융됨에 따라 약간 회전한다.
유지 부재(66)는 바람직하게는 폴리카프로락톤 또는 사이클릭/사이클로 올레핀 폴리머 또는 코폴리머와 같은 저용융점을 갖는 열가소성 재료로 형성되고, 필요에 따라 회전 부재(54)를 기계적으로 해제하도록 선택적으로 용융된다.
유지 부재(66)가 충분히 용융되면, 유지 부재와 회전 부재(54)는 분리되고(핑거(86, 88)가 접합부(110, 112)와 더 이상 맞물리지 않기 때문에) 회전 부재(54)는 도 25a-25h에 도시된 바와 같이 자유롭게 회전한다.
도 25a-25e의 도면은 각각 도 24a 내지 24e의 도면에 대응하지만 유지 부재(66)가 용융된 경우, 도 25f의 도면은 도 24g의 도면에 대응하고, 도 25h의 도면은 도 24h의 도면에 대응하고, 도 25g는 도 15의 단면 선(I-I)을 통한 단면도를 도시하고, 도 25i는 도 15의 단면 선(L-L)을 통한 단면도를 도시한다.
도 25e에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 회전 부재(54)는 피스톤이 피스톤 챔버(32, 34)에 완전히 삽입될 때까지(즉, 피스톤이 이의 원래 위치로 되돌아감) 반시계 방향으로 회전한다. 회전 부재(54)의 추가 회전은 그 뒤 도 25g 및 도 25i에 도시된 바와 같이 피스톤 액추에이터(48) 상의 회전 부재 차단부(1101)에 대한 회전 부재(54) 상의 립(124)의 접합에 의해 방지된다.
LFS 챔버(26)가 밸브 챔버(28)를 통해 반응 챔버(36, 38)에 흐름적으로 연결된 상태를 유지하도록 밸브 로드(40)의 추가 이동이 발생하지 않는다. 피스톤 챔버(32, 34) 내로 피스톤이 구동됨에 따라 반응 챔버(36, 38)와 LFS 챔버(26) 사이의 압력 차이가 야기되어 반응 챔버(36, 38) 내의 가열된 용액이 LFS 챔버(26)로(따라서 LFS(8)로) 흐른다. 도 19b에 도시된 실시예에서, 이 압력 차이는 LFS 밸브(322)를 개방하여 반응 챔버(36, 38) 내의 용액이 LFS 챔버(26)로 흐르도록 한다. 용액이 반응 챔버(36, 38)의 외부로 배출되는 공정은 반응 챔버(36, 38)가 샘플 수용 챔버(24)가 아닌 LFS 챔버(26)에 흐름적으로 연결된다는 점을 제외하면, 전술한 바와 같이 용액이 반응 챔버(36, 38)로 흡입되는 해결방법과 근본적으로 상반된다.
모든 챔버의 부피는 고정되어 있고, 피스톤(44, 46)의 운동량은 회전 부재(54)와 피스톤의 배치에 의해 미리 정해져 있기 때문에, 반응 챔버(36, 38)로부터 LFS 챔버(26)에 이송되는 용액의 부피는 또한 소정의 양이다.
회전 부재(54)의 회전은 추가로 회전 부재(54) 상의 근접 스위치 액추에이터(118)가 PCB(68) 상의 근접 센서(1003)를 모호하게 하여, 근접 센서(1003)에 의해 방출된 광을 다시 근접 센서(1003)로 반사시킨다. 근접 센서(1003)로부터의 결과 신호는 용액이 결과가 전개되는 동안 타이머의 시작을 트리거링하는 LFS(8)로 성공적으로 이동되었음을 나타낸다. 타이머가 완료되면 청색 LED가 활성화되는 것과 같은 표시가 사용자에게 표시될 수 있다(예를 들어, 앞에서 설명한 녹색 펄스 LED 대신). 타이머의 실제 지속 시간은 수행 중인 진단 테스트에 의존되지만 이는 예를 들어 약 1-20분일 수 있다.
타이머(따라서 테스트)가 완료되었다는 표시를 수신하면 사용자는 라벨(6)을 통해 LFS(8)을 판독할 수 있어서 테스트 결과를 얻을 수 있다. LFS(8)는 테스트 스트립이며 전형적으로 공지된 방식으로 반응 챔버로부터의 시약 용액과 상호작용하도록 인쇄된 라인 또는 올리고뉴클레오티드 또는 항체와 같은 친화성 생물시약을 포함할 수 있다. 감지되는 생체분자가 샘플에 존재하는 경우 LFS(8)은 라벨(6)을 통해 판독할 수 있는 관련 라인에 시각적 표시를 제공한다.
전술한 바와 같이, 시약 용액 및 유지 부재(66)는 모두 PCB(68) 상의 가열 요소에 의해 가열된다. 도 26a, 26b 및 27은 이러한 가열 요소의 배열을 보다 상세히 도시한다.
시약 가열 요소(1201)의 위치는 도 15의 섹션 라인(J-J)를 통해 장치의 단면을 도시하는 도 26a 및 26b에서 볼 수 있다. 시약 가열 요소(1201)는 바람직하게는 PCB(68)에 직접 긴 트랙(즉, 시약 가열 요소(1201)은 별도의 구성요소가 아님)으로부터 제조된 하나 이상의 히터 코일로 형성된다.
도 26a에서 볼 수 있는 바와 같이, 시약 가열 요소(1201)는 두 반응 챔버(36, 38) 바로 아래에 위치한다. 반응 챔버(36, 38)의 하부 표면은 챔버 포일(39)로 밀봉되며, 이는 바람직하게는 챔버에 접합된 알루미늄 포일 층이다. 이는 또한 다양한 챔버들 사이에서 이송 채널의 적어도 하나의 표면을 우선적으로 형성한다.
히터 폼 패드(72)는 하부 케이싱 절반부(2)와 PCB(68) 사이의 시약 가열 요소(1201) 아래에 위치된다. 하부 케이싱 절반부(2) 및/또는 새시(62)가 PCB(68)를 정확한 위치로 안내하도록 성형됨에 따라 PCB(68)는 바람직하게는 케이싱 또는 새시에 고정되기보다는 플로팅 구성요소이다. PCB(68) 및 따라서 시약 가열 요소(1201)는 히터 폼(72)에 의해 챔버 포일(39)에 대해 가압되어 제조 공차에 관계없이 시약 가열 요소(1201)와 챔버 포일(39) 사이의 우수한 열 접촉을 보장한다.
온도 센서(1203)는 시약 가열 요소(1201)에 근접한 PCB(68) 상에 위치된다. 하나의 반응 챔버 아래의 시약 가열 요소(1201)의 단순화된 클로즈업을 도시하는 도 26b에 도시된 바와 같이, PCB(68)의 상부의 구리 패드(1205)는 챔버 포일(39)의 하측면을 조사하고 온도 센서(1203)에 직접 연결된다. 이 배열은 온도 센서를 액체 내에 위치시키거나 열 블록(일회용 장치에서 둘 다 비실용적이고 비용이 많이 들 것임)을 사용하지 않고 결정될 반응 챔버 내의 액체 온도의 근접 근사치를 허용한다.
시약 가열 요소(1201)의 히터 코일은 포일이 챔버 블록(22)에 의해 지지되는 양 측면 상의 챔버 포일(39)의 영역을 또한 덮기 위해 반응 챔버의 공칭 내부 에지를 지나 도달하도록 설계된다. 이는 열이 챔버 포일(39)을 가로질러 횡방향으로/옆으로 이송되기 때문에 우수한 가열 성능을 달성하기 위해 챔버 바로 아래 영역에서 챔버 포일(39)에 대해 잘 지지되거나 평평한 표면을 가질 필요가 없다.
도 26b에 도시된 바와 같이, 에어 포켓은 챔버 포일(39)과 시약 가열 요소(1201) 사이에 형성될 수 있다. 그러나 이는 챔버 포일(39)과 시약 가열 요소(1201) 사이에 양호한 열 접촉이 있는 영역으로부터 챔버 포일(39)을 가로지르는 열의 신속한 횡방향/측면 이송으로 인해 가열 시간에 미치는 영향은 무시할 수 있다.
도 26b에 도시된 예시적인 장치에서, 시약 가열 요소(1201)의 히터 코일은 주요하게 외부/상부 보드 층에 위치된 히터 코일을 갖는 것과 비교하여 감소된 열 이송을 야기하는 것으로 예상될 수 있는 다층 PCB(68)의 적어도 하나의 내부 보드 층 상에 있다. 그러나 이 배열은 PCB(68)의 제조 동안 구리가 놓이는 공정으로 인해 코일 저항의 개선된 제어를 허용한다(코일은 외부 층에 있는 경우처럼 전기도금되기보다는 압연 어닐링된다). 따라서 이는 최대 전력 이송을 보장하기 위해 배터리(70)의 내부 저항이 밀접하게 일치하도록 허용하고, 즉, 장치가 보다 밀접하게 조정될 수 있으므로 성능이 향상되고 저전력 전원의 사용을 허용하여 제조 비용이 감소된다.
이제 도 15의 섹션 라인(G-G)을 통한 장치의 단면도를 도시하는 도 27을 참조하면, 도면 부호(1301)는 PCB(68)의 팁(94)에서 유지 부재(66) 바로 아래에 위치된 가열 요소를 나타낸다. 시약 가열 요소(1201)와 마찬가지로, 가열 요소(1301)는 별도의 구성요소가 아니라 PCB(68)에 통합된다. 가열 요소(1301)는 PCB(68) 바로 위 또는 내부에 긴 나선형 트랙으로 형성된 하나 이상의 저항 히터 코일로 형성된다. 또한, 유지 부재(66) 및 가열 요소(1301)의 중심에 있는 PCB(68) 상에 위치된 온도 센서(1303)가 있다. 전술한 바와 같이, 회전 부재(54)와 유지 부재(66) 사이의 상호작용은 유지 부재(66)의 용융 동안 유지 부재(66)가 회전 부재(54)에 의해 가열 요소(1301)에 대해 압축됨을 의미하며, 이에 의해 보유 부재(66)의 용융 표면과 가열 요소(1301) 사이에 양호한 열적 접촉을 보장한다.
상기 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 진단 장치는 질병에 대해 환자를 테스트하기 위한 간단하고 신속하며 효과적인 방법을 제공한다. 샘플은 사용자로부터 취해지고 샘플 수용 챔버(24)에 위치된다(완충 용액과 같은 다른 액체와 잠재적으로 혼합됨). 샘플은 환자가 채취하거나 의료 전문가와 같은 다른 사람이 채취할 수 있다.
샘플이 샘플 수용 챔버(24)에 배치되면, 장치의 사용자(환자 또는 의료 전문가와 같은 다른 사람일 수 있음)는 리드(18)를 도 16b에 도시된 위치로 전방으로 작동시켜 반응 챔버(36, 38)로 사전결정된 부피의 액체 샘플을 이송하고 시약 가열 요소(1201)를 활성화하여 시약 용액을 가열한다.
그 뒤, 사용자는 반응 챔버(36, 38)를 LFS 챔버(26)에 연결하는 도 16c에 도시된 위치까지 전방으로 리드(18)를 계속 작동시킨다(도 19b에 도시된 실시예에서 LFS 챔버(26)와 반응 챔버 사이(36, 38) 사이의 흐름 경로는 LFS 밸브(322)에 의해 밀봉된 상태를 유지된다). 사전결정된 시간 후에 시약 히터가 꺼지고 장치는 가열 요소(1301)를 활성화하여 유지 부재(66)를 용융시킨다. 유지 부재(66)가 충분히 용융되면 회전 부재(54)가 해제되고 피스톤을 전방으로 구동하여 사전결정된 부피의 시약 용액이 반응 챔버(36, 38)로부터 LFS 챔버(26)로(즉, LFS(8)로) 이동된다.
그 뒤 장치의 타이머가 분석 완료까지의 카운트다운을 위해 근접 센서(1003)에 의해 추가로 활성화되며, 이 지점에서 분석이 완료되고 결과를 LFS(8)에서 판독할 수 있음을 나타내는 표시가 사용자에게 디스플레이된다. 그 뒤 진단 장치가 적절하게 폐기할 수 있고 예를 들어 의료 폐기물로 처리하여 소각할 수 있다.
이 장치를 사용하는 것은 액체 샘플을 실험실로 보낼 필요가 없는 것을 의미하며 이는 샘플을 채취한 즉시 테스트를 수행할 수 있는 것을 의미한다. 환자와 장치가 동일한 위치에 있는 것이 바람직하기 때문에 장치가 테스트가 완료되었음을 나타내자마자 테스트 결과가 환자에게 이송할 수 있다. 장치가 액체의 흐름과 가열을 제어하므로(즉, 사전결정된 부피의 샘플과 시약 용액이 챔버들 사이로 이동하고 시약 용액이 사전결정된 온도로 가열됨), 최소한의 사용자 입력으로 테스트를 정확하게 수행할 수 있다. 암(58, 60)과 가이드 웨이(150, 152)의 속성은 장치가 리드(18)가 이동하는 속도에 특별히 민감하지 않다는 것을 의미하며, 이는 장치가 작동하는 데 거의 기술이 필요하지 않고 예를 들어 우편을 통해 환자에게 배포하여 전용 테스트 또는 헬스케어 셋팅 외부에서 사용하거나 재택 테스트에 사용할 수 있다.
또한 피스톤 등을 구동하는 모터나 유사한 것과 같은 복합적인 구성요소가 없기 때문에 장치는 비교적 저렴하게 제조할 수 있어서 대유행이나 인플루엔자와 같은 광범위한 계절 감염과 같은 대규모 테스트에 이상적이다. 대부분의 부품은 상대적으로 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 플라스틱으로 제조될 수 있으며 PCB(68)는 상대적으로 저렴한 비용으로 대량 생산할 수 있다. 또한, 본 발명의 진단 장치를 사용하는 테스트는 숙련된 검사실 기술자나 고가의 검사실 장비를 필요로 하지 않는다.
진단 장치는 적절한 시약 비드 및 횡방항 흐름 스트립을 선택하고 적절한 타이밍 및 가열 온도(예를 들어, 시약 가열 온도 및/또는 기간)로 PCB(68)를 프로그래밍함으로써(또는 더욱 구체적으로 PCB(68)의 처리) 필요에 따라 상이한 질병에 대해 테스트하도록 구성될 수 있다. 또한 챔버로 흡입되는 유체의 부피는 피스톤 크기 및 이동 크기에 대한 적절한 값을 선택하여 조절될 수 있다. 이 장치는 또한 예를 들어 다른 생물학적 및 화학적 테스트와 같이 질병 이외의 테스트 목적으로도 사용될 수 있다.
도 29 내지 72는 본 발명에 따른 장치의 제2 실시예를 도시한다.
도 29 내지 37을 참조하면, 장치는 플라스틱 재료로 형성되고 함께 스냅 끼워맞춤되며, 각각 1 및 2로 참조되는 상부 및 하부 케이스 부분으로 형성된 케이싱을 포함한다. 케이스 부분(1, 2)은 연장된 부분(6)이 연장되는 일반적으로 원형 헤드(4)를 형성한다. 회전 노브(8)는 헤드(4) 내에 수용되며 사용자가 접근할 수 있도록 헤드(4)의 원형 구멍(12)을 통해 연장되는 핑거 그립(10)을 상부면에 갖는다. 핑거 그립(10)은 노브(8)가 다이얼로서 작용할 수 있도록 구멍(12) 주위의 부분(1)의 상부 표면 상의 마킹과 협력하는 위치 마커(14)를 포함한다. 노브(8)는 장치의 케이싱 내에 포함된 새시(20)의 원형 소켓(18)의 중심으로부터 수직으로 연장되는 다이얼 핀(16)에 장착된다. 노브(8)는 소켓(18)과 함께 수용되고 핀(16)에 의해 정의된 축을 중심으로 회전 가능하다. 도 29에서 볼 수 있는 바와 같이, 소켓(18)은 축방향의 원형 주변 벽(22)을 가지며, 그 내부 면은 톱니(24)와 같은 내측으로 연장되는 래칫 톱니가 제공된다. 이러한 톱니는 노브(8)가 시계 방향으로만 회전될 수 있도록 폴(26)과 협력한다. 예를 들어, 도 40에서 볼 수 있는 바와 같이, 노브(8)의 하측면은 노브(8)의 하측면에서 캠웨이를 형성하는 벽(28)이 제공된다.
새시(20)는 스템(32)을 지지하는 일반적으로 블록 형상 부분(30)을 포함한다. 블록 부분(30)은 샘플 수용 챔버(34) 및 혼합 챔버(36)를 포함한다. 챔버(34)는 조립된 장치에서 케이스 부분(1)의 원형 입구 개구(38)와 정렬되어 샘플이 장치 내로 도입될 수 있도록 하고, 혼합 챔버(36)는 소켓(18) 아래에 있다.
리드(40)은 새시(20) 상의 블록 형상 부분(30)과 노브(8) 사이의 장치에 장착되며, 사용 시 벽(41)에 의해 생성된 제2 캠웨이와 맞물리며, 이는 노브(8) 상의 언더컷 채널(43)에 의해 부분적으로 형성되고 결과적인 캠웨이(41)는 도 41에 도시된다. 리드(40)은 블록 형상 부분(30)의 립(45)에 의해 안내되고 그 결과 리드(40)은 리드(40)이 노브(8)가 이의 시작 위치에서 이의 제1 정지 위치로 이동함에 따라 샘플 수용 챔버(34)의 개구 위로 구동된다. 리드(40)은 샘플을 샘플 챔버로 밀봉한 다음 이 밀폐된 위치에 남아있을 것이며 노브(8)의 벽(41)이 나머지 노브 회전 전체에 걸쳐 복귀 이동을 차단하기 때문에 재개방되지 않을 수 있다.
혼합 챔버(36)는 시약(42)을 수용하고 상부면에서 밀봉 포일(44) 조각에 의해 밀봉된다. 이 예에서 시약(42)은 샘플 분석에 필요한 구성요소를 포함하고 생체분자(들)이 검출되고 이용되는 분석 방법 및 검출되는 생체분자(들)에 기초하여 결정될 것이다. 예를 들어, 핵산 증폭을 사용하여 핵산 바이오마커를 검출하기 위해 시약은 올리고뉴클레오티드 프라이머, 올리고뉴클레오티드 프로브(들), 중합효소(들), 역전사효소(들), 제한 효소(들), 염료(들), 첨가제(들), 부형제(들), 완충 염(들) 및/또는 금속 이온 킬레이터(들)의 임의의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 올리고뉴클레오티드 프라이머/올리고뉴클레오티드 프로브의 핵산 서열은 장치의 의도된 용도에 의해 표적이 되는 관련 핵산 바이오마커의 서열에 기초하여 결정될 것이다. 면역분석법을 사용하여 단백질 바이오마커를 검출하기 위해 시약은 하나 이상의 항체 또는 단백질 친화성 바이오시약 및/또는 염료를 포함할 수 있다.
장치는 매우 다재다능하며 이용되는 관련 생체분자 및 분석 방법에 따라 시약(42)의 조성을 변화시킴으로써 다양한 유형의 샘플에서 매우 광범위한 표적 생체분자의 분석에 사용될 수 있다. 다중 반응을 수행하는 데 필요한 시약을 제공함으로써 하나 초과의 생체분자가 장치에서 동시에 분석하거나 검출할 수 있다. 다중 반응은 예를 들어, 핵산 증폭에 의해 검출되는 다수의 상이한 핵산 바이오마커, 또는 장치 내의 핵산 증폭 및 면역분석(들) 모두의 수행에 의해 검출되는 핵산 및 단백질 바이오마커의 조합을 포함할 수 있다.
실시예에서 시약(42)은 특정 반응 구성요소, 예를 들어 효소를 안정화하고 장치의 제조를 단순화하기 위해 동결건조된 비드의 형태로 제공된다. 선택적으로 시약은 장치에 액체 형태로 제공되거나 또는 비드로 제공되기보다는 제 위치에서 건조될 수 있다. 스템(32)의 상부면에 채널이 제공되고 상기 채널은 상부 케이스 부분(1)의 창(48)을 통해 볼 수 있는 횡방향 흐름 테스트 스트립(46)을 수용한다.
도 32를 참조하면, 새시(20)의 하측면은 도면에서 도시된 바와 같이 블록 형상 부분(30)으로부터 스템(32)으로 연장되는 반응 챔버(50)의 일부를 형성하는 연장된 리세스가 제공된다. 블록 형상 부분(30)의 하측면은 또한 수용 챔버(34)의 바닥에 있는 포트(54)(도 44 참조)를 밸브 실린더(58)(도 43 참조) 내로 반경방향으로 연장되는 포트(56)에 연결하는 수용 챔버 채널(52)을 포함한다. 유사한 채널(60)이 밸브 실린더(58)의 반경방향 포트(62)를 혼합 챔버(36)의 바닥에 있는 포트(64)에 연결한다. 반응 챔버(50)는 또한 이의 단부에 밸브 실린더(58)로 들어가는 반경방향 포트(66)를 갖는다.
반응 챔버(50)의 하부면과 채널(52, 60)은 새시(20)의 하측면에 가열 밀봉되거나 또는 그렇지 않으면 접합된 열전도성 밀봉 포일(68) 조각으로 구성된다.
밸브 실린더(58)는 로드(70) 형태의 밸브 부재를 포함하며, 그의 일 단부는 항상 밸브 실린더의 개방 단부 너머로 돌출되고 캠웨이(28)와 맞물리도록 소켓(18)의 슬롯(74)을 통해 돌출되는 반경방향 페그(72)를 포함한다. 결과적으로, 노브(8)의 회전은 로드(70)의 축방향 이동을 유발한다.
로드(70)는 4개의 O-링 밀봉부(76, 77, 80, 82)가 제공되고 실린더(58)에 대해 치수가 지정되어 로드(70)와 실린더 내부 표면 사이에 간극 공간이 제공되고 실린더 내의 액체가 이웃한 O-링 밀봉부 사이의 공간 내의 로드의 외측을 따라 흐를 수 있지만 임의의 이들 밀봉부를 가로지를 수 없다.
도 36의 라인(E-E)을 따른 단면도인 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 로드(70)는 페그(72) 반대쪽 단부에 축방향 보어(84)를 갖고, 보어(84)의 단부는 캡(86)에 의해 밀봉 밀폐된다. 로드(70)는 또한 보어(84)를 로드(70)와 실린더(58) 사이의 틈새 공간에 연결하는 2개의 반경방향 포트(88, 90)를 포함한다. 로드(70) 및 실린더(58)는 장치용 흐름 제어 수단을 구성하고, 그 밸브 부재는 로드에 의해 구성되며, 페그(72)는 캠 팔로워로서 작용한다는 것으로 이해될 것이다.
실린더(58)는 장치의 이송 수단의 피스톤 실린더(92)에 인접하고 평행하다. 실린더(92)는 원위 단부에 O-링 밀봉부(96)를 포함하는 피스톤(94)을 포함한다. 횡방향 연결 암(98)은 피스톤(94)의 대향 단부에 제공되고, 로드(70)와 축방향으로 정렬되고 페그(72)와 같이 캠 팔로워로 작용하도록 캠웨이(28)에 맞물리는 페그(100)를 지지한다. 피스톤 실린더(92)는 암(98)으로부터 밀봉 포일(44)에 의해 밀폐되는 혼합 챔버(36)의 상부 부분까지 밀봉부(96)의 마주보는 측면에 있는 피스톤 부분을 연결하는 반경방향 단부 포트(102)를 포함한다. 따라서, 실린더(92)의 피스톤(94)의 병진운동은 혼합 챔버(36)로부터 공기를 끌어당기거나 혼합 챔버(36)로 공기를 강제할 수 있다.
실린더(58)는 실린더의 내부를 횡방향 흐름 테스트 스트립(46)에 연결하는 추가 반경방향 포트(67)를 포함한다.
새시(20) 아래에는 피스톤(94)의 돌출부(124)와 협력하는 광 스위치(106)를 포함하는 PCB(104)가 제공된다. 돌출부(124)는 광 스위치(106)가 정상적으로 밀폐되고 실린더(92)로부터 피스톤(94)의 후퇴에 의해 개방되도록 위치되어 돌출부(124)가 광학 스위치(106)를 빠져나간다.
광학 스위치(106)는 피스톤(94)이 실린더(92)에 삽입됨으로써 재밀폐되어 돌출부(124)가 광학 스위치(106)에 다시 들어간다. 따라서 피스톤(94)이 실린더(92)에서 병진운동할 때 광학 스위치(106)의 개방 및 그 이후 재밀폐는 장치의 작동을 활성화하고 모니터링하기 위한 수단으로 사용될 수 있다.
PCB(104)는 케이스의 어느 부분에도 부착되지 않지만 이 경우에 하부 케이스 부분(2)과 일체로 형성되는 순응 부재에 의해 반응 챔버(50)의 포일 부분(68)에 대해 가압된다. 포일과 접촉하는 PCB(104)의 상부는 긴 나선형 트랙 형태의 히터 코일로 인쇄되며, 대안적으로 히터 코일은 다층 PCB의 적어도 하나의 내부 보드 층 상에 있을 수 있다.
PCB는 장치의 작동을 제어하고 센서(106) 및 온도 센서(110)로부터의 신호를 모니터링하기 위한 마이크로프로세서(109)를 포함하는 PCB 상의 다른 구성요소 및 히터 코일에 전력을 공급하기 위한 배터리(108)가 제공된다. 사용 시, 히터는 샘플(시약과 혼합된 후)이 챔버(50)에 있을 때 마이크로프로세서에 의해 활성화되고 히터는 센서(110)의 피드백을 사용하여 샘플의 온도를 원하는 수준으로 유지하도록 제어된다. 히터 코일은 예를 들어 위치(112 및 114)에서 포일(68)의 영역을 덮기 위해 가능한 한 많이 챔버(50)의 공칭 내부 에지를 넘어 연장된다. 이는 열이 포일을 통해 횡방향으로 이송되어 영역 전체에 열을 균일하게 분배할 수 있기 때문에 일관된 성능을 얻기 위해 포일에 대해 매우 잘 지지되거나 또는 평평한 표면을 가질 필요를 극복한다. 따라서 포일과 히터 사이에 에어 포켓이 보이더라고 우수하게 접촉되는 영역으로부터 포일을 통해 횡방향으로 열이 신속하게 이송될 수 있기 때문에 가열 시간에 영향을 미치지 않는다.
장치의 작동은 이제 도 40-72를 참조하여 설명될 것이다.
도 40-44는 사용 준비가 된 초기 상태의 장치를 도시한다. 샘플 수용 챔버(34)는 일정 부피의 액체 샘플을 수용할 수 있도록 노출되어 있다. 피스톤(94)은 피스톤 실린더(92)에 완전히 삽입되고 노브(8)는 도 35-37에 도시된 12시 위치에 있고, 여기서 마커(14)는 시작 위치 기호(116)와 정렬된다. 로드(70)는 실린더(58)에 대해 완전히 수축된 위치에 있다. 결과적으로, O-링(80 및 78)은 포트(62)의 일 측면에 하나씩 위치하여, 혼합 챔버(36)가 샘플 수용 챔버(34)로부터 밀봉된다. 혼합 챔버(36)의 상부 면은 포일 밀봉부(44)에 의해 밀봉되며, 장치는 사용 전에 챔버(34)를 밀봉하고 따라서 대기로부터 시약(42)을 밀봉한다.
샘플의 부피는 샘플 수용 챔버(34)에 적용된 후, 노브(8)는 시계 방향으로 회전하여 마커(14)가 케이싱의 마킹(118)으로 이동하고 장치의 다양한 구성요소를 도 45-48에 도시된 위치로 이동한다. 장치 전자장치는 피스톤(94)의 돌출부(124)에 의해 광 스위치(106)를 개방하고 재밀폐함으로써 활성화된다.
따라서, 페그(72)는 캠웨이(28)를 따라 페그(16)를 향해 이동한 반면, 페그(100)는 반대 방향으로 이동했다. 따라서 로드(70)는 밀봉부(76, 78)가 포트(88)를 통해 보어(84)와 유체 연통하도록 배열하기 위해 포트(56)에 걸쳐 있을 때까지 전방으로 이동한다. 유사하게, 밀봉부(80, 82)는 포트(62)에 걸쳐 있어서 포트가 이 경우에 포트(90)를 통하여 보어(84)와 유체연통한다.
따라서 샘플 수용 챔버(34)의 출구 포트(54)로부터 트랙(52)을 따라, 포트(56)를 통해, 보어(84)를 따라, 그리고 포트(90), 포트(62) 및 포트(64)를 통해 혼합 챔버 흐름 경로가 형성된다. 실린더로부터 피스톤(94)의 계속적인 철수는 공기를 샘플 수용 챔버(34)로 흡입할 것이고, 샘플을 챔버(34)로부터 혼합 챔버 흐름 경로를 따라 혼합 챔버(36)로 추진시켜서, 샘플이 시약(42)과 혼합된다.
도 49 내지 도 52는 마커(14)가 마커(118)와 정렬될 때까지 노브(8)가 회전된 상황을 도시한다. 피스톤(94)은 입구 행정의 끝에 도달하였고, 즉, 실린더(92)로부터 완전히 연장된다. 이는 50-200μl 범위와 같은 사전결정된 부피의 샘플이 혼합 챔버(36)로 이송된 것을 의미한다. 챔버로 도입된 액체의 부피는 피스톤(94)에 의해 포트(102)를 통해 챔버(36) 밖으로 인출된 공기의 부피에 해당하고, 따라서 이는 사전결정된 부피보다 큰 경우 챔버(34) 내에 증착된 샘플의 양과 독립적이다. 도 53 내지 도 56은 시계 방향으로 계속 회전하는 노브가 마커(114)가 마커(118)를 통과했지만 120에서 마커 "1"에 도달하지 않은 위치에 있을 때 다양한 구성요소의 위치를 도시한다.
페그(100)는 피스톤(94)이 실린더에 대해 완전히 후퇴된 위치에 유지되도록 핀(16) 주위에 원호형인 캠웨이(28)의 일부에 있다. 한편, 캠웨이(28)는 밸브 로드(70)를 전방으로 이동시켜 밀봉부(76, 78)가 포트(66)에 걸쳐 있고 밀봉부(80, 82)는 포트(62)에 걸쳐 있다. 이는 혼합 챔버(36)로부터 포트(62 및 90), 보어(84) 및 포트(88 및 66)를 통해 반응 챔버(50)로의 반응 챔버 흐름 경로를 형성한다.
마커(14)가 1번 마커(120)와 정렬될 때까지 노브(8)의 계속된 회전은 캠웨이(28)가 페그(100)에 작용하여 피스톤(94)을 실린더(92) 내로 밀어넣으면서 도 56에 도시된 바와 같이 로드(70)는 동일한 위치에 유지된다. 따라서, 피스톤(94)은 도 59에 도시된 위치로 이동되고, 이 이동은 공기를 포트(102)를 통해 실린더(92) 밖으로 밀어내어 혼합 챔버(36)로 들어가게 하여 챔버의 헤드스페이스에서 기압을 증가시킨다.
이는 이어서 샘플/시약 혼합물을 포트(64)를 통해 챔버(36) 밖으로 가압하고, 따라서 전술한 반응 챔버 흐름 경로를 통해 반응 챔버(50)로 가압한다. 피스톤(94)의 이 이동은 또한 암(98)의 하측면(페그(100) 바로 아래)에 있는 돌출부(124)가 광학 센서(106)에 들어가는 위치로 암(98)을 다시 이동시켜, 마이크로프로세서 또는 PCB(104)에 신호를 전송한다. 마이크로프로세서(109)는 타이머 및 PCB(104) 상에 있고 포일(68)과 접촉하는 히터를 작동시켜 반응 챔버(50) 내의 샘플을 가열한다.
그 뒤, 타이머는 히터, 마이크로프로세서(109) 및 센서(110)가 반응 챔버를 적절한 온도, 예를 들어 35℃ 내지 55℃을 유지하고 이에 도달하고, 그 단계에서 마이크로프로세서(109)가 신호(예를 들어, 부저(126)에 의한 또는 LED(128)를 활성화하는 가청 신호)를 전송하도록 트리거링하여 사용자가 마커(14)가 1번 마킹(120)과 정렬하는 위치로부터 마커(14)가 2번 마킹(122)과 정렬하는 위치로 노브(8)를 회전시키도록 프롬프트하기 위하여 사전결정된 반응 기간, 통상 5 내지 15분의 종료 시에 결정한다.
이 이동의 초기 단계는 노브(8)가 도 57에 도시된 위치로부터 도 61에 도시된 위치로 통과하는 것을 보고, 이에 따라 피스톤(94)이 도 63에 도시된 바와 같이 실린더(92)로부터 인출되게 하는 반면 로드는 도 60에 도시된 바와 같이 동일한 위치에 유지된다(즉, 도 64에 도시된 바와 같이). 피스톤(94)의 이동은 공기를 포트(102)를 통해 혼합 챔버(36) 밖으로 인출하고, 따라서 반응된 샘플이 반응 챔버(50)로부터 반응 챔버 흐름 경로를 따라 역 방향으로 다시 혼합 챔버(36)로 흐르게 한다.
노브(80)의 연속적인 이동은 이를 도 65에 도시된 위치에 도달하게 한다(마크(14)는 여전히 마킹(120 및 122) 사이의 일부이다). 도 67 및 68에서 볼 수 있는 바와 같이, 밸브 로드(70)가 완전히 전방 위치로 이동되는 동안 노브가 도 57 위치에서 도 65 위치로 이동하면서 피스톤(94)은 후퇴 위치에 유지된다. 로드(70)가 이 위치에 있을 때, 포트(62)(혼합 챔버(36)에 연결됨)는 밀봉부(80 및 82)에 의해 걸쳐져 로드(70)와 실린더(58) 사이의 틈새 공간을 통해 포트(90)와 유체 연통한다. 유사하게, 밀봉부(76, 78)은 로드(70)와 실린더(58) 사이의 틈새 공간을 통해 포트(88)를 통해 보어(84)와 연통하는 포트(67)에 걸쳐 있다. 도 60에 도시된 바와 같이, 그러나 밀봉부(78 및 80)는 혼합 챔버(34)와 포트(56 및 66) 사이의 임의의 유체 연통을 방지한다.
따라서, 밸브는 포트(64)로부터 포트(62), 포트(90), 보어(84), 포트(88) 및 포트(67)를 통해 횡방향 흐름 테스트 스트립(46)으로의 검사 수단 흐름 경로를 형성한다.
도 69는 마크(14)가 케이싱의 2번 마킹(122)과 정렬된 위치에 있는 노브를 도시한다. 도 65 내지 도 72에서 알 수 있는 바와 같이, 도 65에 도시된 위치로부터 도 69에 도시된 위치로의 노브의 이동은 로드(70)의 위치를 변경하지 않지만 피스톤(94)을 실린더(92)로 밀어 넣는다. 이는 차례로 공기를 포트(102)를 통해 혼합 챔버(36)로 밀어넣고, 따라서 혼합 챔버(36)로 복귀된 반응된 샘플을 검사 수단 흐름 경로를 따라 횡방향 흐름 테스트 스트립(46)과 접촉하도록 강제한다.
횡방향 흐름 테스트 스트립은 전형적으로 알려진 방식으로 반응 생성물과 상호 작용하도록 인쇄된 라인 또는 올리고뉴클레오티드 또는 항체와 같은 친화성 생물 시약을 포함하고, 검출될 생체분자가 샘플에 존재하는 경우, 창(48)을 통해 판독할 수 있는 관련 라인에 시각적 표시를 제공한다. 장치에 사용되는 특정 분석 방법에서 장치의 횡방향 흐름 스트립에 대한 신호 강도가 사용될 수 있어서 샘플의 관련 바이오마커를 정량화한다.
피스톤(94)의 이러한 이동은 또한 샘플을 혼합 챔버(36) 및 반응 챔버(50)로 다시 끌어당기기 위해 피스톤(94)이 인출될 때 개방되었던 광 스위치(106)를 밀폐한다.
마이크로프로세서(109)는 광학 스위치(106)가 장치의 정확한 모션과 일치하는 시간에 개방되고 밀폐되는지를 결정하도록 프로그래밍될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 노브(8)를 위치(1)로 이동한 경우, 즉 마커(14)가 마킹(120)과 정렬된 상태에서 사용자가 노브를 위치 번호(2)로 너무 일찍 이동시키거나 또는 노브(8)를 이동하기 전에 너무 오래 기다린 경우, 그 뒤 광 스위치의 개방 또는 밀폐 신호가 너무 일찍 또는 너무 느리게 검출될 것이다. 어느 쪽이든, 장치는 알람, 예를 들어 부저(126)에 의한 가청 신호 또는 LED(128)를 통한 특정 신호를 생성하여 잘못된 작동을 경고할 수 있다. 광학 스위치(106)가 돌출부(124)를 통해 피스톤(94)과 인터페이스하기 때문에, 장치는 정확한 유체 이송을 방해하는 장치 내에 기계적 문제가 있는지(즉, 피스톤(94)이 후퇴하지 않거나 피스톤(94)이 수축된 위치에서 재밍되는지) 추가로 식별할 수 있다.
케이싱의 상부 부분(6)은 라벨(49)이 제공되어 사용자가 창(48)을 통해 볼 때 횡방향 흐름 테스트 스트립(46)에 의해 제공되는 시각적 표시를 해석하는 것을 돕는다.
전술한 진단 장치는 본 발명의 두 가지 예를 설명하지만, 대안적인 실시예도 예상되며 이러한 예시적인 장치가 제한적인 것으로 해석되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다. 전술한 진단 장치의 개별 특징은 본 발명의 장치의 다른 실시예에서 독립적으로 사용될 수 있다.
예를 들어, 별도의 비드 챔버와 반응 챔버를 갖도록 장치가 수정될 수 있다. 또한, 챔버의 충전/비움의 추가/상이한 시퀀싱을 위해 허용되는 대안의 캠 메커니즘은 시약과 액체 샘플의 향상된 혼합을 위해 양압 하에서 반응/비드 챔버에 액체를 주입하는 것과 관련된 설계와 같이 구현될 수 있다.
다른 잠재적인 변형은 밸브가 중심 피스톤의 양쪽에 있는 2개의 평행 샤프트로 형성되는 설계를 포함하며, 이는 데드 볼륨/기능성과 관련하여 레이아웃을 개선할 수 있다.
또한 장치는 일련의 유체 이송이 시약과 혼합하기 전에 샘플 수용 챔버 또는 다른 챔버 내에서 샘플이 사전가열되도록 허용하도록 수정될 수 있다.
전술한 실시예에서, 일단 분석이 완료되면 결과는 횡방향 흐름 스트립으로부터 판독될 수 있다. 그러나 분석 결과를 제시하는 다른 방법이 예상되지만, 이러한 방법은 바람직하게는 샘플 내의 다른 성분 및 시약으로부터 차등적으로 샘플 내의 생체분자의 존재를 보고한다. 검출 방법은 정성적이거나 정량적일 수 있다. 감지는 횡방향 흐름 스트립과 같이 결과의 시각적 판독을 제공할 수 있으며, 예를 들어 비색 또는 형광 측정일 수 있다. 대안적으로, 생체분자의 존재는 임피던스의 변화 또는 전도성 측정, 전류측정, 전압전류 또는 전위차 신호의 변화와 같이 전기적으로 검출될 수 있다.
장치는 액체 샘플에서 복수의 생체분자를 동시에 분석하는 데 사용될 수 있고, 분석 중에 공정 제어를 수행하는 데 사용될 수도 있다.
당업자는 다른 변형이 상이한 배터리/셀을 사용하고, 단일 인쇄 회로 기판 조립체 대신에 다중 인쇄 회로 기판을 사용하고, 단일 반응 챔버 및/또는 단일 피스톤을 사용하고, 제1 및 제2 암의 기능 중 하나 이상을 조합/교체하고, 추가 암을 부가하고 등에 의해 또한 이루어지는 것으로 이해될 것이다. 이들 변형은 단지 예로서 제공되며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다수의 다른 변형이 또한 가능하다.
예 1
액체 샘플에서 병원체 SARS-CoV-2의 게놈 RNA 검출
이 예는 단일 가닥 RNA 바이러스이고 코로나바이러스 질병 2019(COVID-19)를 유발하는 SARS-CoV-2의 존재를 검출하기 위한 본 발명에 따른 장치 및 방법의 사용을 설명한다. 도 28(좌측)a는 사용 전 장치의 평면도를 도시한다. 장치는 핵산 증폭 및 검출을 수행하기 위한 동결건조된 비드 형태의 시약 및 공정 제어를 수행하기 위한 단일 가닥 제어 핵산을 포함하는 시약이 미리 로딩되었다.
하나의 장치는 SARS-CoV-2의 게놈 RNA 카피를 포함하는 200μl의 액체 샘플을 사용하여 도 1-27을 참조하여 위에서 설명한 대로 로딩하고 작동되었고, 다른 장치는 공정 제어로 기능을 하도록 SARS-CoV-2의 게놈 RNA를 포함하지 않은 대응 액체 샘플로 동일한 방식으로 로딩되고 작동되었다. 작동 15분 후 분석 결과는 장치의 라벨을 통해 볼 수 있었다. 도 28(우측)은 SARS-CoV-2의 게놈 RNA를 포함하는 샘플에서 얻은 COVID-19에 대한 라인으로 표시된 양성 테스트 결과를 보여준다. 도 28(좌측)은 SARS-CoV-2의 게놈 RNA를 포함하지 않은 공정 제어 샘플로부터 COVID-19에 대해 라인이 없는 것으로 표시된 음성 테스트 결과를 도시한다. 두 경우 모두 장치 및 방법의 정확한 기능을 나타내는 공정 제어용 라인이 표시되었다. 이 예는 본 발명이 액체 샘플에서 생체분자를 매우 민감하고 특이적으로 검출 및 식별할 수 있으며, 따라서 생물학적 분석 진단 분야에서 특히 간단하고 초고속이며 사용자 중심적이며 저비용이며 도구가 필요 없는 진단 장치 및 방법으로서의 진보를 나타낸다.
문맥상 달리 요구되지 않는 한, 명세서 및 청구범위 전체에 걸쳐, 용어 '포함하다' 및 '포함하다' 및 '포함하는'과 같은 변형은 명시된 정수, 단계, 정수 그룹 또는 단계의 그룹을 포함하지만 임의의 다른 정수, 단계, 정수의 그룹 또는 단계의 그룹을 배제하지 않음을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 본 명세서에 언급된 모든 특허 및 특허 출원은 그 전체가 참고로 포함된다.
본 발명의 다른 양태는 다음을 포함한다:
1. 액체 샘플의 생체분자의 분석에 사용하기 위한 장치로서, 상기 장치는 액체 샘플의 적어도 일부를 수용하기 위한 복수의 구역, 액체 샘플의 적어도 일부를 각각의 흐름 경로를 따라 하나의 구역에서 다른 구역으로 이송하기 위한 이송 수단, 이송 수단을 작동하기 위한 기계적으로 작동되는 구동 수단, 구역 사이의 하나 이상의 흐름 경로를 선택적으로 개방하기 위한 흐름 제어 수단, 및 상기 구역들 사이에서 액체 샘플의 적어도 일부의 이송을 구현하기 위하여 흐름 제어 수단과 기계적으로 작동되는 구동 수단을 순차적으로 제어하는 공통 구동 부재를 갖는 장치.
2. 제1 양태에 있어서, 구동 수단은 회전 부재를 포함하는 장치.
3. 제2 양태에 있어서, 이송 수단은 선형으로 이동가능한 변위 부재를 가지며, 회전 부재는 회전 부재의 회전 이동을 변위 부재의 선형 이동으로 변환하는 링키지에 의해 이송 수단에 결합되어 구동 수단의 힘 하에서 구역들 사이에서 하나 이상의 이송을 야기하는 장치.
4. 제3 양태에 있어서, 변위 부재는 적어도 하나의 피스톤을 포함하는 장치.
5. 제4 양태에 있어서, 피스톤은 각각의 원통형 피스톤 챔버 내에서 각각 이동가능한 쌍을 이루는 이러한 피스톤 중 하나인 장치.
6. 전양태 중 어느 하나에 있어서, 구동 수단은 구동 수단에 전력을 공급하기 위한 기계적 에너지를 저장하기 위한 편향 수단을 포함하는 장치.
7. 제6 양태에 있어서, 편향 수단은 기계식 스프링을 포함하는 장치.
8. 제7 양태에 있어서, 편향 수단은 비틀림 스프링을 포함하는 장치.
9. 제6 내지 제8 양태 중 어느 하나에 있어서, 편향 수단은 사전로딩되는 장치.
10. 제3 내지 제8 중 어느 하나에 종속되는 제9 양태에 있어서, 편향 수단은 2개의 마주보는 선형 스트로크를 따라 변위 부재를 이동시키기에 충분한 에너지로 사전로딩되는 장치.
11. 전양태 중 어느 하나에 있어서, 복수의 구역은 샘플이 장치 내로 도입되는 샘플 수용 수단, 샘플이 분석에 특정한 하나 이상의 반응을 겪는 반응 챔버 및 후속적으로 반응된 샘플을 분석하기 위한 테스트 영역을 포함하는 장치.
12. 제11 양태에 있어서, 샘플 수용 수단은 샘플 수용 챔버를 포함하는 장치.
13. 제12 양태에 있어서, 장치의 작동 중에 샘플 수용 챔버를 밀폐하기 위한 캡 또는 커버를 포함하는 장치.
14. 제13 양태에 있어서, 공통 구동 부재는 샘플 수용 챔버를 밀폐하기 위한 캡 또는 커버를 포함하는 장치.
15. 전양태 중 어느 하나에 있어서, 장치는 액체 샘플의 적어도 일부를 가열하기 위한 히터를 포함하는 장치.
16. 제15 양태에 있어서, 히터는 인쇄 회로 기판(PCB)의 일부를 형성하는 전기 히터인 장치.
17. 제16 양태에 있어서, PCB는 또한 장치에 대한 제어 전자장치를 지지하는 장치.
18. 제15 내지 제17 양태 중 어느 하나에 있어서, 히터는 반응 챔버에 열적으로 결합되고 분석은 반응 챔버에서 액체 샘플의 적어도 일부를 가열하는 단계를 포함하는 장치.
19. 제18 양태에 있어서, 반응 챔버는 포일, 예를 들어 금속 포일, 예를 들어 알루미늄 포일과 같은 열전도성 재료에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 장치.
20. 제19 양태에 있어서, 장치는 열전도성 재료에 대해 히터를 가압하기 위한 편향 수단을 포함하는 장치.
21. 제18 내지 제20 양태 중 어느 하나에 있어서, 히터 및 열전도성 재료는 반응 챔버를 넘어 연장되는 장치.
22. 제18 내지 제21 양태 중 어느 하나에 있어서, 장치는 반응 챔버에 열적으로 결합된 온도 센서를 포함하는 장치.
23. 전양태 중 어느 하나에 있어서, 장치는 일정 기간 동안 이송 수단의 작동 완료를 지연시키기 위해 구동 수단의 작동을 일시적으로 중단하기 위한 유지 수단을 포함하는 장치.
24. 제23 양태에 있어서, 유지 수단은 구동 수단과 맞물리고 이에 대해 정지부로 기능을 하는 열가소성 유지 부재와 열가소성 유지 부재를 가열하여 열가소성 유지 부재를 연화 또는 용융시켜 상기 기간 후에 이로부터 구동 수단을 해제하기 위한 히터를 포함하는 장치.
25. 제24 양태에 있어서, 유지 수단은 열가소성 캐치를 포함하는 장치.
26. 전양태 중 어느 하나에 있어서, 구동 부재는 단일 구동 부재 스트로크를 따라 이동가능하고, 장치는 이 단일 이동을 위해 배열되어 장치가 사전결정된 작동 순서를 수행하여 샘플의 상기 분석을 달성하는 장치.
27. 제26 양태에 있어서, 구동 부재는 상기 스트로크를 수행하기 위해 선형으로 이동가능한 장치.
28. 전양태 중 어느 하나에 있어서, 구동 부재는 장치의 사용자에 의해 수동으로 작동가능한 장치.
29. 제11 내지 제28 양태 중 어느 하나에 있어서, 장치의 작동 순서는 흐름 제어 수단을 통해 흐름 경로를 따라 샘플 수용 수단으로부터 반응 챔버로 액체 샘플의 적어도 일부를 이송하는 단계를 포함하되, 액체 샘플은 하나 이상의 반응을 겪고, 후속적으로 흐름 제어 수단을 통해 다른 경로를 따라 반응 챔버로부터 테스트 영역으로 반응된 샘플을 이송 단계를 포함하는 장치.
30. 전양태 중 어느 하나에 있어서, 흐름 제어 수단은 밸브를 포함하는 장치.
31. 제30 양태에 있어서, 상기 밸브는 상기 하나 이상의 흐름 경로를 형성하기 위해 선택적인 포트 쌍을 유체 연통시키기 위해 밸브 챔버 내에서 선형으로 이동가능한 로드를 포함하는 장치.
32. 제11 내지 제31 양태 중 어느 하나에 있어서, 장치는 상기 스트로크를 따른 위치를 넘어 구동 부재의 이동에 저항하는 디텐트를 포함하며, 이 위치에서 흐름 경로는 트리거링되는 반응 챔버 내로 샘플을 이송시키기 위해 이송 수단의 작동 및 반응 챔버와 샘플 수용 수단 사이에 흐름 제어 수단에 의해 형성되지만 스트로크의 완료 이전에 이 위치에서 테스트 영역과 반응 챔버 사이의 흐름 경로는 흐름 제어 수단에 의해 형성되는 장치.
33. 제11 내지 제32 양태 중 어느 하나에 있어서, 테스트 영역은 횡방향 흐름 스트립을 포함하는 장치.
34. 전양태 중 어느 하나에 있어서, 장치는 장치의 작동을 모니터링하고 부정확한 작동이 검출되면 경고를 제공하는 모니터링 수단을 포함하는 장치.
35. 전양태 중 어느 하나에 있어서, 장치는 일회용 원샷 장치인 장치.
36. 공통 구동 부재를 작동하고 상기 양태 중 어느 한 항에 따른 장치 내로 액체 샘플을 도입하는 단계를 포함하는, 액체 샘플 내에서 생체분자를 분석하기 위한 방법.
37. 장치로서, 상기 장치는;
탄성적으로 편향된 래치 부재;
래치 부재의 운동에 대한 정지부로서 기능을 하고 이와 맞물리도록 구성된 적어도 하나의 맞물림 표면을 갖는 열가소성 유지 부재; 및
상기 열가소성 유지 부재에 인접하게 위치된 가열 부재를 포함하고, 가열 부재의 활성화는 래치 부재를 해제하기 위하여 열가소성 유지 부재의 적어도 일부를 연화시키는 장치.
38. 제37 양태에 있어서, 맞물림 표면은 맞물림 표면과 래치 부재 사이의 맞물림이 열가소성 유지 부재를 가열 부재를 향하여 가압하도록 경사지는 장치.
39. 제37 또는 제38 양태에 있어서, 래치 부재는 열가소성 유지 부재와 래치 부재의 맞물림 표면 사이의 맞물림이 가열 부재를 향해 열가소성 유지 부재를 가압하도록 경사진 맞물림 표면을 포함하는 장치.
40. 제37 내지 제39 양태 중 어느 하나에 있어서, 열가소성 유지 부재는 40℃ 내지 150℃의 연화 또는 용융 온도를 갖는 장치.
41. 제37 내지 제40 양태 중 어느 하나에 있어서, 열가소성 유지 부재는 폴리카프로락톤 또는 사이클릭/사이클로 올레핀 폴리머 또는 코폴리머를 포함하는 장치.
42. 제37 내지 제41 양태 중 어느 하나에 있어서, 가열 부재는 인쇄 회로 기판(PCB)의 요소인 장치.
43. 제37 내지 제42 양태 중 어느 하나에 있어서, PCB와 열 접촉하는 온도 센서를 추가로 포함하는 장치.
44. 제37 내지 제43 양태 중 어느 하나에 있어서, 장치는 열가소성 유지 부재를 연화시키고, 이에 따라 제어된 기간 이후에 래치 부재를 해제하도록 구성되는 장치.
45. 제37 내지 제44 양태 중 어느 하나에 있어서, 래치 부재의 해제는 저장된 기계적 에너지, 예를 들어 기계적 스프링, 예를 들어 비틀림 스프링과 같이 사전로딩된 편향 수단에 저장된 기계적 에너지를 해제하는 장치.
46. 제37 내지 제45 양태 중 어느 하나에 있어서, 래치 부재의 해제는 구동 수단이 액체를 이송하게 하는 장치.
47. 제46 양태에 있어서, 구동 수단은 장치의 상이한 구역 사이에서 액체를 이송하게 하는 장치.
48. 의료 장치로서, 상기 의료 장치는
액체를 수용하도록 구성된 챔버, 상기 챔버의 적어도 일부는 열전도성 재료에 의해 형성되고, 및
히터를 포함하는 다층 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함하고, 열전도성 재료는 챔버와 PCB 사이의 인터페이스를 형성하는 의료 장치.
49. 제48 양태에 있어서, PCB는 또한 장치용 전자 제어장치를 포함하는 의료 장치.
50. 제48 또는 제49 양태에 있어서, 히터는 PCB의 내부 층 상에 배열되는 의료 장치.
51. 제48 내지 제50 양태 중 어느 하나에 있어서, 히터는 트레이스 코일, 예를 들어 구리 트레이스 코일을 포함하는 의료 장치.
52. 제48 내지 제51 양태 중 어느 하나에 있어서, 열전도성 재료는 포일, 예를 들어 금속성 포일, 예를 들어 알루미늄 포일과 같은 열전도성 재료의 시트인 의료 장치.
53. 제48 내지 제52 양태 중 어느 하나에 있어서, 챔버는 열전도성 재료에 의해 형성되는 적어도 하나의 실질적으로 평면 표면을 포함하는 의료 장치.
54. 제48 내지 제53 양태 중 어느 하나에 있어서, 열전도성 재료와 PCB 사이의 인터페이스는 열전도성 재료에 의해 형성된 챔버의 면적보다 더 큰 표면적을 갖는 의료 장치.
55. 제48 내지 제54 양태 중 어느 하나에 있어서, 챔버에 열적으로 온도 센서를 추가로 포함하는 의료 장치.
56. 제55 양태에 있어서, 온도 센서는 PCB 및 열전도성 요소 상에 위치될 수 있고 예를 들어 구리 패드는 온도 센서를 열전도성 재료에 열적으로 결합하는 의료 장치.
57. 제48 내지 제56 양태 중 어느 하나에 있어서, PI(Proportional Integral) 또는 PID(Proportional Integral Derivative) 컨트롤러와 같은 온도 컨트롤러를 추가로 포함하는 의료 장치.
58. 제48 내지 제57 양태 중 어느 하나에 있어서, PCB를 열전도성 재료와 접촉하게 하는 편향 수단을 추가로 포함하는 의료 장치.
59. 제58 양태에 있어서, 편향 수단, 예를 들어 폼 패드는 PCB와 챔버 및 PCB가 수용되는 장치 케이싱 사이에 위치되거나; 또는 편향 수단은 장치 케이싱의 일체형 부분을 형성하는 의료 장치.
60. 제48 내지 제59 양태 중 어느 하나에 있어서, 히터에 전력을 공급하기 위한 배터리 또는 셀과 같은 전원을 추가로 포함하는 의료 장치.
61. 제49 양태에 종속되는 제50 내지 제60 양태 또는 제49 양태에 있어서, PCB 트레이스 코일의 전기 저항은 전원의 내부 전기 저항과 실질적으로 동일한 의료 장치.
62. 제48 내지 제61 양태 중 어느 하나에 있어서, 각각의 적어도 일부가 열전도성 재료에 의해 형성되는 복수의 챔버를 포함하는 의료 장치.
63. 제48 내지 제62 양태 중 어느 하나에 있어서, 복수의 챔버의 적어도 일부를 형성하는 열전도성 재료는 복수의 챔버 사이에서 연속적인 의료 장치.
64. 제48 내지 제63 양태 중 어느 하나에 있어서, 진단 장치인 의료 장치.
65. 제48 내지 제64 양태 중 어느 하나에 있어서, 챔버는 의약품 챔버 또는 반응 챔버인 의료 장치.
66. 제48 내지 제65 양태 중 어느 하나에 있어서, 챔버는 핵산 증폭 반응 챔버인 의료 장치.
67. 적어도 2개의 단계를 갖는 절차에 의해 액체 샘플 내의 생체분자의 분석에 사용하기 위한 장치로서, 상기 장치는 절차의 상이한 단계에서 액체 샘플의 적어도 일부를 수용하기 위한 복수의 구역; 구역 사이의 하나 이상의 흐름 경로를 선택적으로 개방하기 위한 흐름 제어 수단; 및 각각의 개방 흐름 경로를 따라 상기 구역 중 하나에서 다른 구역으로 샘플을 이송하기 위한 이송 수단을 포함하며, 장치는 흐름 제어 수단과 이송 수단 모두를 작동시키기 위한 공통 구동 부재를 추가로 포함하는 장치.
68. 제67 양태에 있어서, 장치는 하나 이상의 시약 및/또는 효소, 및/또는 올리고뉴클레오티드 및/또는 항체를 수용하기 위한 혼합 챔버를 포함하는 장치.
69. 제67 또는 제68 양태에 있어서, 복수의 구역은 분석될 액체 샘플을 수용하기 위한 샘플 수용 수단, 샘플이 하나 이상의 반응을 겪는 동안 액체 샘플을 수용하기 위한 반응 챔버 및 후속적으로 샘플을 분석하기 위한 검사 수단을 포함하는 구역을 포함하는 장치.
70. 제69 양태에 있어서, 검사 수단은 샘플에서 생체분자의 존재를 나타내도록 작동 가능한 장치.
71. 제70 양태에 있어서, 검사 수단은 샘플에서 2개 이상의 상이한 생체분자의 존재를 나타내도록 작동 가능한 장치.
72. 제69 내지 제71 양태에 있어서, 검사 수단은 샘플에서 하나 이상의 생체분자의 양을 나타내는 장치.
73. 제69 내지 제72양태에 있어서, 샘플 수용 수단은 샘플 수용 챔버를 포함하는 장치.
74. 제73 양태에 있어서, 샘플 챔버는 샘플 챔버에 샘플을 도입한 후 잠글 수 있는 리드를 갖는 장치.
75. 제69 내지 제74 양태에 있어서, 흐름 제어 수단은 반응 챔버로의 반응 챔버 흐름 경로 및 검사 수단으로의 검사 수단 흐름 경로를 개방하도록 선택적으로 작동 가능하거나 배열되며, 이송 수단은 각각의 흐름 경로를 따라 반응 챔버 및 검사 수단들 중 선택된 하나에 흐름 제어 수단의 제어 하에서 샘플을 이송하도록 작동가능한 장치.
76. 제68 양태의 특징을 포함할 때, 제69 내지 제75 양태에 있어서, 흐름 제어 수단은 샘플 수용 수단으로부터 혼합 챔버로 혼합 챔버 흐름 경로를 개방하도록 선택적으로 작동 가능하고, 이송 수단은 샘플 수용 수단으로부터 혼합 챔버로 샘플을 추진하도록 작동가능한 장치.
77. 제76 양태에 있어서, 혼합 챔버 흐름 경로는 흐름 제어 수단에 의해 달성되는 폐쇄 상태를 가지며, 혼합 챔버는 외부 환경으로부터 밀봉되는 장치.
78. 제76 또는 제77 양태에 있어서, 반응 챔버 흐름 경로는 혼합 챔버로부터 반응 챔버로 직접 이어지고, 검사 수단 흐름 경로는 혼합 챔버로부터 검사 수단으로 직접 이어지며 이송 수단은 샘플을 혼합 챔버로부터 검사 수단 흐름 경로를 따라 검사 수단으로 이송하기 전에 반응 챔버 흐름 경로를 따라 샘플을 반응 챔버로부터 혼합 챔버로 복귀시키도록 작동가능한 장치.
79. 제69 내지 제78 양태에 있어서, 검사 수단은 횡방향 흐름 테스트 스트립을 포함하는 장치.
80. 제69 내지 제78 양태에 있어서, 검사 수단은 전자 검출 장치를 포함하는 장치.
81. 제68 양태의 특징을 포함하는 임의의 상기 양태 또는 제68 양태에 있어서, 이송 수단은 일정량의 샘플을 혼합 챔버로 이송하도록 작동가능하고, 상기 일정량은 사전결정된 부피인 장치.
82. 제69 내지 제81 양태에 있어서, 전달 수단은 일정량의 샘플을 반응 챔버로 이송하도록 작동가능하고, 상기 일정량은 사전결정된 부피인 장치.
83. 제82 양태에 있어서, 상기 부피는 적어도 플러스 또는 마이너스 15 μl의 정확도로 결정되는 장치.
84. 전양태 중 어느 하나에 있어서, 구동 부재는 수동으로 작동가능한 장치.
85. 제18 양태에 있어서, 장치는 단일 방향으로의 구동 부재의 움직임이 흐름 제어 수단 및 이송 수단을 작동시켜 샘플을 구역으로 순차적으로 이송하도록 배열되는 장치.
86. 전양태 중 어느 하나에 있어서, 장치는 상기 방향으로만 구동 부재의 이동을 허용하기 위한 일방향 메커니즘을 포함하는 장치.
87. 전양태 중 어느 하나에 있어서, 구동 부재는 회전 노브를 포함하는 장치.
88. 전양태 중 어느 하나에 있어서, 흐름 제어 수단은 밸브 부재를 갖는 밸브를 포함하고, 이의 선형 이동은 상기 흐름 경로를 선택적으로 개방하고 폐쇄하고 이송 수단은 피스톤 및 실린더를 포함하는 장치.
89. 제87 양태에 종속되는 제88 양태에 있어서, 밸브 부재와 피스톤은 노브의 캠웨이에 맞물리는 캠 팔로워를 통해 회전 노브에 결합되어 후자의 회전이 밸브 부재와 피스톤을 작동시키는 장치.
90. 전양태 중 어느 하나에 있어서, 장치는 사용자가 장치를 작동하는 동안 정확한 시간에 구동 부재를 작동하도록 프롬프트하기 위한 타이머 및 시각적 및/또는 오디오 신호 수단을 포함하는 장치.
91. 전양태 중 어느 하나에 있어서, 장치는 장치에 의해 수행되는 상기 분석 절차가 핵산 증폭을 포함하도록 배열되는 장치.
92. 전양태 중 어느 하나에 있어서, 절차는 핵산 횡방향 흐름에 의한 하나 이상의 생체분자 검출을 포함하는 장치.
93. 전양태 중 어느 하나에 있어서, 이 장치는 일회용 원샷 장치인 장치.
94. 전양태 중 어느 하나에 있어서, 장치는 장치의 작동을 모니터링하고 부정확한 작동이 감지되면 경고를 제공하는 모니터링 수단을 포함하는 장치.
95. 전양태 중 어느 하나에 있어서, 장치는 샘플을 가열하기 위한 히터를 포함하는 장치.
96. 전양태 중 어느 하나에 있어서, 히터는 샘플이 반응 챔버에 있는 동안 사용 시 샘플을 가열하도록 배열되는 장치.
Claims (36)
- 액체 샘플의 생체분자의 분석에 사용하기 위한 장치로서, 상기 장치는 액체 샘플의 적어도 일부를 수용하기 위한 복수의 구역, 액체 샘플의 적어도 일부를 각각의 흐름 경로를 따라 하나의 구역에서 다른 구역으로 이송하기 위한 이송 수단, 이송 수단을 작동하기 위한 기계적으로 작동되는 구동 수단, 구역 사이의 하나 이상의 흐름 경로를 선택적으로 개방하기 위한 흐름 제어 수단, 및 상기 구역들 사이에서 액체 샘플의 적어도 일부의 이송을 구현하기 위하여 흐름 제어 수단과 기계적으로 작동되는 구동 수단을 순차적으로 제어하는 공통 구동 부재를 갖는 장치.
- 제1항에 있어서, 구동 수단은 회전 부재를 포함하는 장치.
- 제2항에 있어서, 이송 수단은 선형으로 이동가능한 변위 부재를 가지며, 회전 부재는 회전 부재의 회전 이동을 변위 부재의 선형 이동으로 변환하는 링키지에 의해 이송 수단에 결합되어 구동 수단의 힘 하에서 구역들 사이에서 하나 이상의 이송을 야기하는 장치.
- 제3항에 있어서, 변위 부재는 적어도 하나의 피스톤을 포함하는 장치.
- 제4항에 있어서, 피스톤은 각각의 원통형 피스톤 챔버 내에서 각각 이동가능한 쌍을 이루는 이러한 피스톤 중 하나인 장치.
- 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 구동 수단은 구동 수단에 전력을 공급하기 위한 기계적 에너지를 저장하기 위한 편향 수단을 포함하는 장치.
- 제6항에 있어서, 편향 수단은 기계식 스프링을 포함하는 장치.
- 제7항에 있어서, 편향 수단은 비틀림 스프링을 포함하는 장치.
- 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 편향 수단은 사전로딩되는 장치.
- 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 종속되는 제9항에 있어서, 편향 수단은 2개의 마주보는 선형 스트로크를 따라 변위 부재를 이동시키기에 충분한 에너지로 사전로딩되는 장치.
- 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 구역은 샘플이 장치 내로 도입되는 샘플 수용 수단, 샘플이 분석에 특정한 하나 이상의 반응을 겪는 반응 챔버 및 후속적으로 반응된 샘플을 분석하기 위한 테스트 영역을 포함하는 장치.
- 제11항에 있어서, 샘플 수용 수단은 샘플 수용 챔버를 포함하는 장치.
- 제12항에 있어서, 장치의 작동 중에 샘플 수용 챔버를 밀폐하기 위한 캡 또는 커버를 포함하는 장치.
- 제13항에 있어서, 공통 구동 부재는 샘플 수용 챔버를 밀폐하기 위한 캡 또는 커버를 포함하는 장치.
- 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 장치는 액체 샘플의 적어도 일부를 가열하기 위한 히터를 포함하는 장치.
- 제15항에 있어서, 히터는 인쇄 회로 기판(PCB)의 일부를 형성하는 전기 히터인 장치.
- 제16항에 있어서, PCB는 또한 장치에 대한 제어 전자장치를 지지하는 장치.
- 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 히터는 반응 챔버에 열적으로 결합되고 분석은 반응 챔버에서 액체 샘플의 적어도 일부를 가열하는 단계를 포함하는 장치.
- 제18항에 있어서, 반응 챔버는 포일, 예를 들어 금속 포일, 예를 들어 알루미늄 포일과 같은 열전도성 재료에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 장치.
- 제19항에 있어서, 장치는 열전도성 재료에 대해 히터를 가압하기 위한 편향 수단을 포함하는 장치.
- 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 히터 및 열전도성 재료는 반응 챔버를 넘어 연장되는 장치.
- 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 장치는 반응 챔버에 열적으로 결합된 온도 센서를 포함하는 장치.
- 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 장치는 일정 기간 동안 이송 수단의 작동 완료를 지연시키기 위해 구동 수단의 작동을 일시적으로 중단하기 위한 유지 수단을 포함하는 장치.
- 제23항에 있어서, 유지 수단은 구동 수단과 맞물리고 이에 대해 정지부로 기능을 하는 열가소성 유지 부재와 열가소성 유지 부재를 가열하여 열가소성 유지 부재를 연화 또는 용융시켜 상기 기간 후에 이로부터 구동 수단을 해제하기 위한 히터를 포함하는 장치.
- 제24항에 있어서, 유지 수단은 열가소성 캐치를 포함하는 장치.
- 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 구동 부재는 단일 구동 부재 스트로크를 따라 이동가능하고, 장치는 이 단일 이동을 위해 배열되어 장치가 사전결정된 작동 순서를 수행하여 샘플의 상기 분석을 달성하는 장치.
- 제26항에 있어서, 구동 부재는 상기 스트로크를 수행하기 위해 선형으로 이동가능한 장치.
- 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 구동 부재는 장치의 사용자에 의해 수동으로 작동가능한 장치.
- 제11항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 장치의 작동 순서는 흐름 제어 수단을 통해 흐름 경로를 따라 샘플 수용 수단으로부터 반응 챔버로 액체 샘플의 적어도 일부를 이송하는 단계를 포함하되, 액체 샘플은 하나 이상의 반응을 겪고, 후속적으로 흐름 제어 수단을 통해 다른 경로를 따라 반응 챔버로부터 테스트 영역으로 반응된 샘플을 이송 단계를 포함하는 장치.
- 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 흐름 제어 수단은 밸브를 포함하는 장치.
- 제30항에 있어서, 상기 밸브는 상기 하나 이상의 흐름 경로를 형성하기 위해 선택적인 포트 쌍을 유체 연통시키기 위해 밸브 챔버 내에서 선형으로 이동가능한 로드를 포함하는 장치.
- 제11항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 장치는 상기 스트로크를 따른 위치를 넘어 구동 부재의 이동에 저항하는 디텐트를 포함하며, 이 위치에서 흐름 경로는 트리거링되는 반응 챔버 내로 샘플을 이송시키기 위해 이송 수단의 작동 및 반응 챔버와 샘플 수용 수단 사이에 흐름 제어 수단에 의해 형성되지만 스트로크의 완료 이전에 이 위치에서 테스트 영역과 반응 챔버 사이의 흐름 경로는 흐름 제어 수단에 의해 형성되는 장치.
- 제11항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 테스트 영역은 횡방향 흐름 스트립을 포함하는 장치.
- 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 장치는 장치의 작동을 모니터링하고 부정확한 작동이 검출되면 경고를 제공하는 모니터링 수단을 포함하는 장치.
- 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 장치는 일회용 원샷 장치인 장치.
- 공통 구동 부재를 작동하고 전항들 중 어느 한 항에 따른 장치 내로 액체 샘플을 도입하는 단계를 포함하는, 액체 샘플 내에서 생체분자를 분석하기 위한 방법.
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