KR20240063007A - 타깃 분석물 검출 카트리지 - Google Patents

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KR20240063007A
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조셉 스탄테 앤서니
더글러스 켈러 캐머런
아고스티뉴 페이소토 디아스 페르난도
머레이 로스
제이 놀레스 스튜어트
존 루이스 가드너 리차드
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Abstract

본 발명에 따른 타깃 분석물 검출 카트리지는 샘플이 인입되는 샘플 챔버와, 샘플 챔버에 연결되고 정량의 샘플이 미터링되는 미터링 챔버와, 미터링 챔버에 연결되고 마그넷 비드를 수용하는 믹싱 챔버와, 미터링 챔버에 연결되는 웨이스트 챔버와, 믹싱 챔버에 연결되고 버퍼를 수용하는 복수의 버퍼 챔버들을 포함하고, 샘플 챔버와 미터링 챔버와 믹싱 챔버와 버퍼 챔버들이 마련되는 전처리 영역과 검출 챔버가 마련되는 검출 영역이 수평 방향으로 배치되고, 전처리 영역은 챔버 영역과 밸브 영역과 버퍼 영역이 수직 방향으로 배치되고, 챔버 영역은 샘플 챔버와 미터링 챔버와 믹싱 챔버가 수평 방향으로 배치된다.

Description

타깃 분석물 검출 카트리지 {Cartridge for detecting target analyte}
본 발명은 타깃 분석물 검출 카트리지에 관한 것이다.
현대인의 건강에 대한 관심이 높아지고, 기대 수명이 연장되면서, 병원균의 정확한 분석 및 환자의 유전자 분석 등 핵산 기반의 체외 분자진단에 대한 중요성이 높아지고 있으며, 그 수요가 증가하고 있는 실정이다. 핵산 기반의 분자진단은 검체 샘플로부터 핵산을 추출한 후, 추출된 핵산 중 타깃 핵산의 존재 유무를 확인하는 방식으로 이루어진다.
중합효소 연쇄반응(Polymerase chain reaction: PCR)은 가장 널리 사용되는 핵산 증폭 반응으로서, 이중가닥 DNA의 변성, DNA 주형으로의 올리고뉴클레오타이드 프라이머의 어닐링 및 DNA 중합효소에 의한 프라이머 연장의 반복된 사이클 과정을 포함한다(Mullis 등, 미국 특허 제4,683,195호, 제4,683,202호 및 제4,800,159호; Saiki et al., (1985) Science 230, 1350-1354).
형광물질을 이용한 실시간 PCR 방법은 PCR 과정 중에 핵산 증폭에 따른 형광 세기의 증가를 검출하는 방법이다. 실시간 PCR 방법은 타깃 마다 상이한 형광 염료를 사용함으로써 멀티플렉스 검출이 가능한 장점이 있으나, 고가의 장비가 필요하고 검출까지 시간이 많이 소요되는 단점이 있다.
한편, 최근 시간과 장소에 구애받지 않고 환자의 질병을 정확하고 빠르게 진단하는 POC(Point of care) 진단 기술은 증거 기반 정밀의학의 매우 중요한 기술로 주목받고 있다.
그러나 장치의 구조를 단순화하고 보다 작게 만드는 것이 중요한 POC 진단장비의 특성상, 빠른 처리 시간과 검출 정확도의 양립이 어려운 실정이다.
이러한 배경에서, 본 발명은 작업자가 샘플을 정량화하지 않고 주입하여 사용할 수 있는 타깃 분석물 검출 카트리지를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면은, 샘플이 인입되는 샘플 챔버; 상기 샘플 챔버에 연결되고, 정량의 샘플이 미터링되는 미터링 챔버; 상기 미터링 챔버에 연결되고, 마그넷 비드를 수용하는 믹싱 챔버; 상기 미터링 챔버에 연결되는 웨이스트 챔버; 상기 믹싱 챔버에 연결되고, 버퍼를 수용하는 복수의 버퍼 챔버들; 상기 믹싱 챔버에 연결되고, 타깃 분석물이 검출되는 검출 챔버; 상기 샘플 챔버와 상기 미터링 챔버를 연결하는 미터링 유로; 상기 미터링 챔버와 상기 웨이스트 챔버를 연결하는 웨이스트 유로; 상기 미터링 챔버와 상기 믹싱 챔버를 연결하는 믹싱 유로; 상기 버퍼 챔버와 상기 믹싱 챔버를 연결하는 버퍼 유로; 상기 믹싱 챔버와 상기 검출 챔버를 연결하는 검출 유로; 제1 공압 포트에 연통되는 제1 공압 유로; 제2 공압 포트에 연통되는 제2 공압 유로를 포함하고, 상기 샘플 챔버, 상기 미터링 챔버, 상기 믹싱 챔버, 및 상기 버퍼 챔버들이 마련되는 전처리 영역과 상기 검출 챔버가 마련되는 검출 영역이 수평 방향으로 배치되고, 상기 전처리 영역은 챔버 영역과 밸브 영역과 버퍼 영역이 수직 방향으로 배치되고, 상기 챔버 영역은 상기 샘플 챔버, 상기 미터링 챔버, 및 상기 믹싱 챔버가 수평 방향으로 배치되는, 타깃 분석물 검출 카트리지를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 샘플 챔버와 상기 미터링 챔버 사이에서 유체 흐름을 제어하는 제1 밸브; 상기 미터링 챔버와 상기 믹싱 챔버 사이에서 유체 흐름을 제어하는 제2 밸브; 및 상기 믹싱 챔버와 상기 웨이스트 챔버 사이에서 유체 흐름을 제어하는 제3 밸브를 더 포함하고, 상기 밸브 영역은 상기 제1 내지 제3 밸브가 수평 방향으로 배치될 수 있다.
또는, 상기 복수의 버퍼 챔버들은, 라이시스 버퍼 챔버, 바인딩 버퍼 챔버, 워싱 버퍼 챔버, 및 일루션 버퍼 챔버를 포함하고, 상기 버퍼 영역은 상기 복수의 버퍼 챔버들이 수평 방향으로 배치될 수 있다.
또는, 상기 전처리 영역은, 상기 샘플 챔버, 상기 미터링 챔버, 및 상기 믹싱 챔버가 차례로 배치될 수 있다.
또는, 상기 샘플 챔버는, 수평 방향 폭 보다 수직 방향 폭이 더 큰 형상을 구비하고, 상기 수직 방향 상부에 마련되는 주입 공간과, 상기 수직 방향 하부에 마련되고 상기 미터링 챔버에 연결되는 액송 공간을 구비할 수 있다.
또는, 상기 미터링 챔버는, 수평 방향 폭 보다 수직 방향 폭이 더 큰 형상을 구비하고, 상기 수직 방향 상부는 상기 웨이스트 유로에 연결되고, 상기 수직 방향 하부는 상기 샘플 챔버 및 상기 믹싱 챔버에 각각 연결될 수 있다.
또는, 상기 검출 챔버는 수직 방향으로 복수 개가 나란하게 배치될 수 있다.
또는, 상기 전처리 영역은, 상기 챔버 영역과, 상기 밸브 영역과, 상기 버퍼 영역이 차례로 배치될 수 있다.
또는, 상기 웨이스트 챔버는 상기 샘플 챔버, 상기 미터링 챔버, 및 상기 믹싱 챔버 보다 수직 방향으로 아래에 위치할 수 있다.
여기서, 상기 웨이스트 챔버가 마련되는 웨이스트 영역은 상기 버퍼 영역 아래에 배치될 수 있다.
또는, 상기 복수의 버퍼 챔버들은, 상기 샘플 챔버, 상기 미터링 챔버, 및 상기 믹싱 챔버 보다 수직 방향으로 아래에 위치하고 상기 웨이스트 챔버 보다 수직 방향 위에 위치할 수 있다.
한편, 상기 미터링 챔버는 일 측이 상기 샘플 챔버와 상기 믹싱 챔버에 각각 연결되고, 타 측이 상기 웨이스트 챔버에 연결되며, 상기 제1 공압 유로는 상기 미터링 챔버의 타 측과 합류하여 상기 웨이스트 유로에 연결될 수 있다.
한편, 상기 전처리 영역에 마련되고, 일 측이 상기 믹싱 챔버에 연결되고, 타 측이 상기 검출 챔버에 연결되는 마스터믹스 챔버를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 공압 유로는 분기되어 제1 분기는 상기 미터링 챔버와 상기 웨이스트 챔버에 연결되고, 제2 분기는 상기 마스터믹스 챔버에 연결되고, 상기 제2 공압 유로는 믹싱 챔버에 연결될 수 있다.
또는, 상기 전처리 영역에 마련되고, 일 측이 상기 믹싱 챔버에 연결되고, 타 측이 상기 검출 챔버에 연결되는 마스터믹스 챔버; 상기 믹싱 챔버와 상기 마스터믹스 챔버 사이에서 유체 흐름을 제어하는 제4 밸브; 및 상기 마스터믹스 챔버와 상기 검출 챔버 사이에서 유체 흐름을 제어하는 제5 밸브를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전처리 영역은 상기 샘플 챔버, 상기 미터링 챔버, 상기 믹싱 챔버, 상기 마스터믹스 챔버, 및 상기 버퍼 챔버가 수평 방향으로 마련되고, 상기 챔버 영역은 상기 샘플 챔버, 상기 미터링 챔버, 상기 믹싱 챔버, 및 상기 마스터믹스 챔버가 수직 방향으로 마련되고, 상기 밸브 영역은 상기 제1 내지 제5 밸브가 수평 방향으로 마련되고, 상기 버퍼 영역은 상기 복수의 버퍼 챔버들이 수평 방향으로 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수작업에 의한 샘플 정량화 단계를 간소화하여 검출 시간을 줄일 수 있다.
또한, 에어 나이프 공정을 통해 정확하고 신속한 샘플 미터링이 가능하여 처리 시간을 단축하면서도 검출 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 블리스터 파우치를 이용하여 정량의 시약을 신속하게 공급 가능하고, 에어 블로우를 통해 관로에 잔존하는 시약을 믹싱 챔버로 이동시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지를 나타내는 평면도이다.
도 2는 블리스터 챔버를 나타내는 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 샘플 미터링 과정을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 카트리지를 나타내는 평면도이다.
이하, 본 발명을 실시예와 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
또한, 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b), (i), 및 (ii) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합", 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합", 또는 "접속"될 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
본 명세서에서 "샘플"은 생물학적 샘플 (예를 들어, 세포, 조직, 및 생물학적 소스에서 나온 유체) 및 비생물학적 샘플 (예를 들어, 음식, 물, 및 토양)을 포함할 수 있다. 상기 생물학적 샘플은 바이러스, 세균, 조직, 세포, 혈액 (예를 들어 전혈, 혈장, 및 혈청), 림프, 골수액, 타액, 객담(sputum), 스왑(swab), 흡인액(aspiration), 젖, 소변, 분변, 안구액, 정액, 뇌 추출물, 척수액, 관절액, 흉선액, 기관지 세척액, 복수, 및 양막액일 수 있다. 또한, 샘플은 생물학적 공급원으로부터 단리된 자연 핵산 분자 및 합성 핵산 분자를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 샘플은 물, 탈 이온수, 식염수, pH 완충액, 산성 용액, 또는 염기성 용액과 같은 추가 물질을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 샘플은 타깃 분석물 검출에 필요한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 샘플은 광학표지를 포함할 수 있다. 상기 광학표지는 타깃 핵산의 존재에 따라 광학 신호를 발생시키는 표지를 의미한다. 상기 광학표지는 형광표지일 수 있다. 본 명세서에서 유용한 상기 형광표지는 당업계에 알려진 어떠한 분자도 포함할 수 있다.
타깃 분석물질은 분석 대상이 되는 분석물질(analyte)를 말한다. 상기 분석은 예를 들어, 샘플 내 분석물질의 존부, 함량, 농도, 서열, 활성, 또는 특성에 대한 정보를 수득하는 것을 의미할 수 있다. 분석물질은 다양한 물질(예를 들어, 생물학적 물질 및 화합물과 같은 비생물학적 물질)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 분석물질은 핵산 분자(예를 들어, DNA 및 RNA), 단백질, 펩타이드, 탄수화물, 지질, 아미노산, 생물학적 화합물, 호르몬, 항체, 항원, 대사물질, 및 세포와 같은 생물학적 물질을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 분석물질은 핵산 분자일 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출장치는 핵산 검출장치일 수 있으며 타깃 핵산 존재에 의존적으로 발생하는 신호를 검출할 수 있다. 핵산 검출장치는 핵산 증폭을 동반하여 신호를 증폭하여 검출할 수 있다. 또는 핵산 검출장치는 핵산 증폭을 동반하지 않고, 신호를 증폭하여 검출하는 것도 가능하다. 바람직하게는 핵산 증폭을 동반하여 신호를 검출한다.
핵산 반응은 샘플 내 특정 서열의 핵산의 존재여부 또는 그 양에 의존적으로 신호를 발생시키는 일련의 물리적, 화학적 반응을 의미한다. 상기 핵산 반응은 샘플 내 특정 서열의 핵산과 다른 핵산 또는 물질과의 결합, 그리고 상기 샘플 내 특정 서열의 핵산의 복제, 절단, 또는 분해를 포함하는 반응일 수 있다. 상기 핵산 반응은 핵산 증폭 반응을 수반하는 반응일 수 있다. 상기 핵산 증폭 반응은 타겟 핵산의 증폭을 포함할 수 있다. 상기 핵산 증폭 반응은 타깃 핵산을 특이적으로 증폭하는 반응일 수 있다.
상기 핵산 반응은 샘플 내 타겟 핵산의 존재/부존재 또는 양에 의존적으로 신호를 발생시킬 수 있는 반응인 신호-발생 반응일 수 있다. 이러한 신호-발생 반응은 PCR, 실시간 PCR, 또는 마이크로 어레이와 같은 유전적 분석 과정일 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출장치는 핵산 증폭장치를 포함할 수 있다.
핵산 증폭장치는 특정 뉴클레오타이드 서열을 갖는 핵산을 증폭하는 핵산 증폭 반응을 수행할 수 있는 장치를 의미한다. 상기 핵산의 증폭을 위한 방법으로는 중합효소연쇄반응(the polymerase chain reaction (PCR)), 리가아제 연쇄반응(ligase chain reaction (LCR)), 가닥 치환 증폭(strand displacement amplification (SDA)), 전사 매개 증폭(transcription-mediated amplification), 염기순서기반증폭(nucleic acid sequence-based amplification (NASBA)), 롤링서클 증폭(rolling circle amplification, RCA), 및 Q-beta 레플리카제(Q-Beta Replicase) 등이 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출장치는 온도의 변화를 수반하면서 핵산 증폭 반응을 수행하는 장치일 수 있다. 예를 들어, 특정 염기 서열을 갖는 DNA(deoxyribonucleic acid)를 증폭하기 위해 핵산 증폭장치는 변성 단계(denaturing step), 어닐링 단계(annealing step), 및 연장 (혹은 증폭) 단계(extension step)를 실시할 수 있다.
변성 단계는 주형 핵산인 이중 가닥의 DNA를 포함하는 시료 및 시약을 포함하는 용액을 특정 온도, 예를 들어 약 95℃로 가열하여 이중 가닥의 DNA를 단일 가닥의 DNA로 분리하는 단계이다. 어닐링 단계는 증폭하고자 하는 핵산의 뉴클레오타이드 서열과 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 갖는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide) 프라이머를 제공하고, 분리된 단일 가닥의 DNA와 함께 특정 온도, 예를 들어 60℃로 냉각하여 단일 가닥의 DNA의 특정 뉴클레오타이드 서열에 프라이머를 결합시켜 부분적인 DNA-프라이머 복합체를 형성하는 단계이다. 연장 단계는, 어닐링 단계 이후 상기 용액을 특정 온도, 예를 들어 72℃로 유지하여 DNA 중합효소(polymerase)에 의해 부분적인 DNA-프라이머 복합체의 프라이머를 기초로 이중 가닥의 DNA를 형성하는 단계를 수행한다.
전술한 3 단계들을 예를 들어 10회 내지 50회로 반복함으로써 상기 특정 뉴클레오타이드 서열을 갖는 DNA를 기하급수적으로 증폭할 수 있다. 경우에 따라, 핵산 증폭장치는 어닐링 단계와 연장 단계를 동시에 수행할 수 있다. 이 경우 핵산 증폭장치는 변성 단계와 어닐링/연장 단계로 구성된 2 단계들을 수행함으로써 제1 순환을 완성할 수도 있다.
특히, 본 명세서의 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출장치는 온도의 변화를 수반하면서 핵산 증폭 반응 및 핵산의 존재에 의존적으로 광학 신호를 발생시키는 반응을 수행하고 발생되는 광학 신호를 검출하는 장치일 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출장치는 소형화된 현장 진단 장치인 POC(Point of Care) 진단 장비일 수 있다.
타깃 분석물 검출장치는 카트리지를 거치하는 거치모듈(mounting module), 유체수송모듈(fluid transportation module), 추출모듈(extraction module), 온도제어모듈(thermo-control module), 감지모듈(sensing module) 및 이들을 제어하는 제어부(controller)를 포함할 수 있다.
거치모듈은 사용자가 직접 카트리지를 정해진 위치에 거치하는 수동형과 검출장치 외부에서 카트리지를 수취하여 검출장치 내부로 들여와 자동으로 정해진 위치에 거치하는 자동형을 포함할 수 있다.
유체수송모듈은 샘플, 시약, 또는 버퍼를 포함하는 유체를 수송하기 위한 동력을 제공할 수 있다. 시약은 버퍼와 구별되는 의미로 사용되거나 경우에 따라서는 버퍼를 포함하는 의미로 사용될 수도 있다.
카트리지가 웰(well) 타입으로 마련되는 경우, 유체수송은 시린지 펌프를 이용하여 이루어질 수 있다. 또는 카트리지가 미세유체(micro-fluidic) 타입으로 마련되는 경우, 유체수송은 미세유체 장치 내 또는 외부에 있는 미세펌프 및 미세밸브를 통하여 이루어질 수 있다. 그리고 미세펌프와 미세밸브들은 종종 추가적 구동력(driving force)을 요구한다. 미세펌프를 위한 구동 메커니즘의 예는, 체크밸브 또는 연동식, 회전식, 원심분리식, 초음파식, 전기-유체역학식, 전기-운동식, 상이동식(온도 또는 압력 변화를 요구), 전기습윤식, 자기적, 또는 유체역학적 메커니즘 등을 포함한다. 그리고 미세밸브을 위한 구동 메커니즘의 예는, 공압식, 열공압식, 열기계식, 압전식, 정전식, 전자기식, 전기화학식 또는 모세관 메커니즘 등을 포함한다.
추출모듈은 샘플로부터 타깃 분석물을 추출하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 샘플로부터 핵산을 추출하는 데 사용될 수 있다. 그리고 추출모듈은 핵산이 결합되는 마그네틱 비드를 조작하는 데 사용되는 마그네틱과 추출 과정에서 샘플과 시약을 혼합하는 데 사용되는 혼합수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 혼합수단은 초음파 혼을 포함할 수 있다.
온도제어모듈은 타깃분석물의 추출반응 또는 검출반응의 과정에서 온도를 제어하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 온도제어모듈은 핵산 추출반응 또는 핵산 증폭반응에서 온도를 제어하는 데 사용될 수 있다. 그리고 온도제어모듈은 가열소자, 히트싱크, 냉각팬, 및 온도센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가열소자는 펠티어 소자 또는 열선을 포함할 수 있다.
감지모듈은 타깃 분석물을 감지하는데 사용될 수 있다. 타깃 분석물의 감지는 광학적 방법 또는 전기화학적 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 감지모듈은 광학모듈일 수 있다.
광학모듈은 형광 또는 색 변화 감지, 또는 흡광도 또는 반사율 측정 등의 방법을 사용하여 타깃 분석물을 검출할 수 있다. 예를 들어, 광학모듈은 타깃 핵산 서열에 표지된 형광 물질에서 방출되는 형광을 검출할 수 있다.
그리고 광학모듈은 샘플 홀더에 수용된 샘플에 적절한 광학 자극을 공급하는 발광유닛과 이에 반응하여 샘플로부터 발생하는 광학 신호를 감지하는 검출유닛을 포함할 수 있다. 발광유닛은 LED 또는 레이저를 포함할 수 있고, 검출유닛은 CCD(Charge Coupled device), CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor field effect transistor) 또는 photodiode 등을 포함할 수 있다. 그리고 광학 신호(optical signal)는 발광(luminescence), 인광(phosphorescence), 화학발광(chemiluminescence), 형광(fluorescence), 편광형광(polarized fluorescence), 또는 유색 신호(colored signal)일 수 있다.
전기화학적 모듈은 샘플 내 타깃 분석물의 존부 또는 그 양의 변화에 따라 화학적 반응의 발생 또는 그 정도의 변화를 전기적으로 감지할 수 있다. 예를 들어, 전기화학적 모듈은 타깃 물질의 증가에 따른 pH 또는 저항의 변화 또는 타깃 분석물과 활성물질의 결합으로 인해 발생하는 전기 화학적 신호를 감지하여 샘플 내 타깃 분석물의 변화를 전기적으로 감지할 수 있다.
그리고 상기 전기화학적 모듈은 전극 유닛 및 전기 신호 측정 유닛을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 유닛은 금(Au), 코발트(Co), 백금(Pt), 은(Ag), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 그래핀(graphene), 탄소(Carbon), 또는 이들 중 어느 하나 이상이 포함된 합금으로 제조되는 감지 전극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전기 신호 측정 유닛은 양극 벗김 전압전류계(anodic stripping voltammetry, ASV), 대시간 전류계 (chronoamperometry, CA), 순환 전압전류계(cyclic voltammetry), 네모파 전압전류계(square wave voltammetry, SWV), 펄스 전압전류계(differential pulse voltammetry, DPV), 또는 임피던스계(impedance)일 수 있다.
이하, 사용되는 방향은 도면을 기준으로 설정하기로 한다. 예를 들어, 카트리지는 도면에서 상부에 도시된 부분이 위로 가도록 세워진 상태에서 타깃 분석물 검출 장치에 안착되고, 도면의 좌측 방향으로 이동하면서 타깃 분석물 검출장치에 장착될 수 있다. 그리고 카트리지가 세워진 상태에서 "아래", "아래의", "아래에", 또는 "아래쪽으로"는 중력 방향을 의미하고 "위", "위의", "위에", 또는 "위쪽으로"는 중력 반대 방향을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지(10)를 나타내는 평면도이다.
이하, 제1 면(또는 정면)은 도 1에서 도시되는 평면을 나타내고, 제2 면(또는 후면)은 도 1에 도시되는 평면의 배면을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출장치의 카트리지(10)는 복수의 챔버들과 유로가 형성되는 베이스(11)와, 상기 베이스(11)의 일 면 또는 양 면을 밀봉하는 커버(투명)와, 상기 베이스(11)에 유체적으로 결합되고 버퍼를 제공하는 블리스터 챔버부(12)를 포함할 수 있다.
그리고 블리스터 챔버부(12)는 베이스(11)와 별개의 부재로 마련되어 유체 연결될 수도 있고, 베이스(11)의 일부로 마련될 수도 있다. 이하에서는 블리스터 챔버부(12)가 베이스(11)와 별개의 부재로 마련되는 실시예에 대해서 설명하기로 한다.
베이스(11)는 샘플이 주입되는 샘플 챔버(101)와, 정량의 샘플을 계량하는 미터링 챔버(102)와, 버려지는 유체를 보관하는 웨이스트 챔버(103)와, 샘플과 시약을 혼합하고 일루션(elution) 반응이 일어나는 믹싱 챔버(104)와, 샘플의 검출 반응(PCR 반응 등) 및 타깃 분석물 검출이 일어나는 검출 챔버(105)를 포함할 수 있다.
그리고 베이스(11)는 각각의 챔버를 연결하는 유로를 형성할 수 있고, 각각의 유로를 개방 및 차단하는 밸브를 포함할 수 있다.
베이스(11)는 판 형상으로 마련되는 베이스 플레이트(100)일 수 있다. 그리고 베이스 플레이트(100)는 일 면에 챔버, 유로, 및 밸브 등이 형성될 수 있다. 또는, 베이스 플레이트(100)는 양 면에 챔버, 유로, 및 밸브 등이 형성될 수 있다. 예를 들어, 베이스 플레이트(100)의 양 면에 유로를 형성하면 서로 다른 면에 유로를 교차하도록 마련할 수 있어, 다양한 경로의 유로 디자인이 가능할 수 있다. 그리고 어느 하나의 유로는 베이스 플레이트(100)의 양 면에 모두 마련되고, 베이스 플레이트(100)를 관통하여 서로 연결될 수 있다.
그리고 베이스(11)는 타깃 분석물 검출장치(미도시)에 대해서 일 방향(도면에서 좌측 방향)으로 이동하여 장착될 수 있도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 베이스(11)의 일 측 가장자리(도면에서 상부)에는 랙(rack)이 형성되고, 베이스(11)의 랙은 타깃 분석물 검출장치에 마련되는 구동모듈의 피니언(pinion)에 기계 결합되고, 피니언이 회전하면서 베이스(11)가 일 방향(도면에서 좌측 방향)으로 이동할 수 있다. 그리고 베이스(11)는 랙-피니언 구조 이외에도 피스톤 구조 등 다양한 기계구조를 이용하여 일 방향으로 슬라이드 이동할 수 있고, 슬라이드 이동 외에 피벗, 로테이트, 스윙 등의 이동도 가능할 수 있다.
커버는 베이스(11) 일 면(도면에서 정면)에 형성되는 챔버, 유로, 및 밸브 중 어느 하나 이상을 밀봉하도록 베이스(11)의 일 면에 결합될 수 있다. 또는, 베이스(11)의 양 면에 챔버, 유로, 및 밸브가 형성되는 경우, 이들 중 하나 이상을 밀봉하도록 베이스(11)의 양 면에 각각 결합될 수도 있다. 예를 들어, 커버는 베이스(11)의 일 면(도면에서 정면)을 밀봉하는 제1 커버와 베이스(11)의 다른 면(도면에서 뒷면)을 밀봉하는 제2 커버를 포함할 수 있다.
그리고 커버는 베이스(11)의 일 면에 결합되는 멤브레인을 포함한다. 일 예로, 커버 멤브레인은 알루미늄 포일(Al foil)을 포함하는 금속 멤브레인으로 마련될 수 있고, 또는 고분자 멤브레인으로 마련될 수도 있다. 그 외에도 커버는 다양한 소재로 마련될 수 있으며, 멤브레인이 아닌 플레이트로 마련될 수도 있다. 그리고 커버 멤브레인은 베이스(11)와 열압착, 접착제, 또는 기계 결합 등을 통해 결합될 수 있다.
또는, 다른 실시예에 따른 카트리지는 베이스와 커버가 모두 플레이트로 마련되고, 챔버, 유로, 및 밸브 중 어느 하나 이상이 커버 플레이트에 형성될 수도 있다. 그리고 챔버, 유로, 및 밸브 중 어느 하나 이상은 베이스와 커버 플레이트에 모두 형성될 수도 있다.
또한, 일 실시예에 따른 타깃 분석물 카트리지(10)는 유로에 공기 압력을 제공하여 유체를 이동시킬 수 있다. 베이스 플레이트(100)는 유체 유로에 연통되는 공압 유로를 포함할 수 있다. 그리고 공압 유로는 양압 또는 음압을 제공하는 공압 수단에 연결될 수 있다. 일 예로, 공압 수단은 펌프를 포함한다.
공압 유로는 제1 공압 유로(111)와 제2 공압 유로(113)를 포함할 수 있다. 그리고 제1 및 제2 공압 유로(111, 113)는 선택적으로 공기주입 유로로 사용되거나, 공기배출 유로로 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 공압 유로(111, 113)는 솔레노이드 밸브 등 방향 전환 수단을 통해 펌프에 연결될 수 있다.
솔레노이드 밸브가 제1 위치에 있을 때에는 제1 공압 유로(111)가 공기주입 유로로 사용되고, 제2 공압 유로(113)가 공기배출 유로로 사용될 수 있다. 반대로, 솔레노이드 밸브가 제2 위치에 있을 때에는 제1 공압 유로(111)가 공기배출 유로로 사용되고, 제2 공압 유로(113)가 공기주입 유로로 사용될 수 있다. 이처럼, 제1 공압 유로(111)와 제2 공압 유로(113)에 제공되는 압력 방향을 전환함으로써 유체 흐름의 방향을 조절할 수 있다.
그리고 커버 멤브레인은 공압 유로를 개방하는 공압 포트(112, 114)를 포함할 수 있다. 공압 포트(112, 114)는 제1 공압 유로(111)에 연결되는 제1 공압 포트(112)와 제2 공압 유로(113)에 연결되는 제2 공압 포트(114)를 포함할 수 있다.
이하, 공압 포트(112, 114)를 개방 또는 폐쇄한다는 의미는 공압 포트(112, 114)에 연결되는 공압 수단을 가동 또는 가동 중지한다는 의미를 포함하고, 공압 포트(112, 114)에 공압을 제공한다는 의미는 공압 포트(112, 114)에 연결되는 공압 수단을 가동하여 공압 유로(111, 113)에 공압을 전달한다는 의미를 포함한다.
한편, 타깃 분석물 카트리지(10)는 주입된 샘플의 전처리가 이루어지는 전처리 영역(11a)과, 전처리 영역(11a)의 마지막 단계인 믹싱 챔버(104)와 유체 연통되고 타깃물질의 검출이 일어나는 검출 영역(11b)을 구비할 수 있다. 예를 들어, 전처리 영역(11a)은 카트리지(10)의 우측에 마련되고, 검출 영역(11b)은 카트리지(10)의 좌측에 마련될 수 있다. 그리고 카트리지(10)에 주입된 샘플은 전처리 영역(11a)을 지나 검출 영역(11b)을 이동되며, 대체적으로 카트리지(10)의 좌측에서 우측으로 이동된다.
전처리 영역(11a)과 검출 영역(11b)은 수평 방향으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 전처리 영역(11a)과 검출 영역(11b)은 차례대로 오른쪽에서 왼쪽으로 배치될 수 있다. 그리고 검출 영역(11b)는 복수 개의 검출 챔버들이 위에서 아래로 배치될 수 있다. 예를 들어, 검출 영역(11b)는 6개의 검출 챔버들이 위에서 아래로 배치될 수 있다.
전처리 영역(11a)은 챔버 영역과 밸브 영역과 버퍼 영역이 수직 방향으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 전처리 영역은 챔버 영역, 밸브 영역, 및 버퍼 영역이 차례대로 위에서 아래로 배치될 수 있다. 이 때, 각각의 영역들은 일부 겹치는 것을 포함한다.
챔버 영역은 샘플 챔버(101), 미터링 챔버(102), 및 믹싱 챔버(104)가 수평 방향으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 챔버 영역은 샘플 챔버(101), 미터링 챔버(102), 및 믹싱 챔버(104)가 차례대로 오른쪽에서 왼쪽으로 배치될 수 있다.
밸브 영역은 복수의 밸브들이 수평 방향으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 밸브 영역은 제5 밸브(145), 제1 밸브(141), 제2 밸브(142), 제3 밸브(143), 및 제4 밸브(144)가 차례대로 오른쪽에서 왼쪽으로 배치될 수 있다.
버퍼 영역은 복수의 버퍼 챔버들이 수평 방향으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 버퍼 영역은 바인딩 버퍼 챔버(162), 제1 세척 버퍼 챔버(163), 제2 세척 버퍼 챔버(164), 일루션 버퍼 챔버(165), 및 라이시스 버퍼 챔버(161)가 차례대로 오른쪽에서 왼쪽으로 배치될 수 있다. 그리고 버퍼 챔버는 블리스터 챔버를 포함하고, 버퍼 영역은 블리스터 챔버 영역(11d)을 포함할 수 있다.
그리고 웨이스트 챔버(103)가 마련되는 웨이스트 영역은 버퍼 영역 아래에 배치될 수 있다. 이 때, 웨이스트 영역과 버퍼 영역이 일부 겹치는 것을 포함한다.
그리고 타깃 분석물 카트리지(10)는 샘플이 유동하는 챔버와 유로를 포함하는 샘플유동 영역(11c)과, 블리스터 챔버가 마련되는 블리스터 챔버 영역(11d)을 포함할 수 있다. 그리고 샘플유동 영역(11c)과 블리스터 챔버 영역(11d) 사이에서 유체의 유동을 개폐하는 밸브가 마련되는 밸브 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 샘플유동 영역(11c)은 카트리지(10)의 상부에 마련되고, 블리스터 챔버 영역(11d)은 카트리지(10)의 하부에 마련될 수 있다.
블리스터 챔버부(12)는 버퍼를 수용하는 버퍼 챔버를 구비하고, 버퍼 챔버는 압력이 제공되면서 버퍼를 액송하도록 마련된다. 그리고 블리스터 챔버부(12)는 베이스 플레이트(100)의 유로에 유체적으로 연결되고, 압력에 제공되면서 액송되는 버퍼는 베이스 플레이트(100)의 유로를 따라 목적 챔버로 이동할 수 있다.
그리고 블리스터 챔버부(12)는 라이시스 버퍼를 수용하는 라이시스 버퍼 챔버(161)와, 바인딩 버퍼를 수용하는 바인딩 버퍼 챔버(162)와, 세척 버퍼를 수용하는 제1 및 제2 세척 버퍼 챔버(163, 164)와, 일루션 버퍼를 수용하는 일루션 버퍼 챔버(165)를 포함할 수 있다.
그리고 블리스터 챔버부(12)는 베이스 플레이트(100)와 별개의 부재로 마련되는 블리스터 플레이트(170)일 수 있다. 그리고 블리스터 플레이트(170)의 각 블리스터 챔버는 베이스 플레이트(100)의 각 버퍼 유로(131, 132)에 유체적으로 연결될 수 있다. 이 때, 커버 멤브레인은 베이스 플레이트(100)의 버퍼 유로(131, 132)와 블리스터 챔버의 출구가 유체 연결되는 부분을 개방하는 관통홀을 형성할 수 있다.
블리스터 챔버는 복수의 블리스터 챔버가 나란하게 배치될 수 있고, 예를 들어, 좌측에서부터 바인딩 버퍼(binding buffer)가 수용되는 바인딩 버퍼 챔버(162)와, 세척 버퍼가 수용되는 제1 및 제2 세척 버퍼 챔버(163, 164)와, 일루션 버퍼(용출 완충액, elution buffer)가 수용되는 일루션 버퍼 챔버(165)와, 라이시스 버퍼(용해 완충액, lysis buffer)가 수용되는 라이시스 버퍼 챔버(161)가 배치될 수 있다.
검출 장치는 블리스터 챔버를 가압하여 내부의 버퍼 용액을 베이스 플레이트(100)의 버퍼 유로(131, 132)에 액송하기 위한 가압수단을 포함한다. 예를 들어, 가압수단은 캠 구조(Cam structure), 피스톤 구조(Piston structure), 지렛대 구조(Lever structure), 또는 마그네틱 구조(Magnet structure) 등 다양한 수단을 포함할 수 있다.
또한, 블리스터 챔버는 공간적으로 분리되어 있으면서 유체 통로로 연결되는 제1 블리스터 챔버(171)와 제2 블리스터 챔버(172)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 블리스터 챔버(172)는 제1 블리스터 챔버(171) 보다 부피가 클 수 있고, 제1 블리스터 챔버(171)와 제2 블리스터 챔버(172)는 블리스터 연결통로(173)를 통해 연결될 수 있다. 그리고 제1 블리스터 챔버(171)는 도면상 위에 위치하고, 제2 블리스터 챔버(171)는 아래에 위치할 수 있다.
도 2는 블리스터 챔버를 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 블리스터 챔버는 파열 가능한 제1 블리스터 멤브레인(174)과, 제1 블리스터 멤브레인(174)에 유체를 수용할 수 있는 블리스터 공간을 형성하면서 결합되는 제2 블리스터 멤브레인(175)을 포함하고, 제1 블리스터 멤브레인(174)과 제2 블리스터 멤브레인(175)은 열압착, 접착층 또는 접착제 등에 의해 결합될 수 있다.
블리스터 챔버(171, 172)는 압력 및/또는 날카로운 수단(예를 들어, 핀)에 의해 제2 블리스터 멤브레인(175)이 파손되고, 압력에 의해 제1 블리스터 멤브레인(174)이 압착되면서 블리스터 챔버 내부의 유체가 제2 블리스터 멤브레인(175)의 파손된 부분을 통해 유출될 수 있다.
제1 블리스터 챔버(171)는 위에 위치하는 검출 장치의 제1 가압수단(미도시)이 하강하면서 가압되고, 제1 가압수단의 압력에 의해 제1 블리스터 멤브레인(174)이 변형된다. 그리고 제1 블리스터 멤브레인(174) 내부의 유체 압력에 의해 제2 블리스터 멤브레인(175)이 변형된다. 그리고 제1 블리스터 챔버(171) 아래의 제2 블리스터 멤브레인(175)은 아래에 위치하는 핀(176)에 접촉하면서 파열된다.
이어서 또는 동시에, 제2 블리스터 챔버(172)는 위에 위치하는 검출 장치의 제2 가압수단(미도시)이 하강하면서 가압되고, 제2 가압수단의 압력에 의해 제1 블리스터 멤브레인(174)이 변형되면서 내부의 유체를 제1 블리스터 챔버(171) 방향으로 밀어낸다. 제2 블리스터 챔버(172) 내에 수용되어 있던 유체는 블리스터 연결통로(173)를 통해 제1 블리스터 챔버(171)로 유동하고, 제1 블리스터 챔버(171) 아래의 제2 블리스터 멤브레인(175) 파열부를 통해 베이스 플레이트(100)의 버퍼 유로(131, 132)로 액송된다.
그리고 제1 가압수단 및/또는 제2 가압수단은 제1 블리스터 챔버(171) 및/또는 제2 블리스터 챔버(172)를 가압하고 있는 상태를 유지함으로써 액송된 유체가 다시 버퍼 유로(131, 132)에서 블리스터 챔버 내부로 복귀하는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 타깃 분석물 검출 카트리지(10)의 베이스(11)에 형성되는 챔버, 유로, 및 밸브의 연결관계에 대해 설명하기로 한다. 이하, 유체 경로의 구분은 설명의 편의를 위한 것으로, 유로의 명칭에 기능이 제한되지는 않는다. 그리고 동일한 유로가 둘 이상의 명칭으로 불릴 수도 있다.
다시 도 1을 참조하면, 유체 경로는 제1 공압 유로(111)와 제2 공압 유로(113) 사이에 형성될 수 있다. 그리고 각각의 챔버는 하나 이상의 유로를 통해 하나 이상의 챔버와 연통되고, 각각의 유로를 개폐하는 밸브를 포함할 수 있다. 즉, 제1 공압 유로(111)와 제2 공압 유로(113) 사이에 챔버들과 유로들이 연결되어 복수의 유체 경로를 형성할 수 있다.
이하, 공압 유로(111, 113)는 액상의 유체가 이동하지 않고, 기체만이 이동하는 유로를 지칭한다.
그리고 유체 경로에는 내부 대조군(internal control) 비드(bead)(151), 프로테아제 K(단백분해효소 K, proteinase K) 비드(152), 마그네틱 비드(153)가 마련될 수 있다. 내부 대조군 비드(151)와 프로테아제 K 비드(152)는 동결건조 상태로 마련될 수 있다. 그리고 각각의 비드들은 유로에 형성되는 공간에 마련될 수도 있고, 챔버 내부에 마련될 수도 있다.
샘플 챔버(101)는 주입되는 샘플을 수용할 수 있는 공간을 마련할 수 있다. 예를 들어, 피펫을 통해 샘플이 주입되거나, 샘플이 담긴 용기를 삽입할 수 있도록 마련될 수 있다. 그리고 샘플 챔버(101)는 카트리지(10)의 우측 상부에 위치할 수 있다.
그리고 샘플 챔버(101)는 베이스(11)의 일 면(정면) 방향에서 샘플이 주입될 수 있도록 마련될 수 있다. 또는, 샘플 챔버(101)는 베이스(11)의 일 가장자리(상부 가장자리)에서 샘플이 주입될 수 있도록 마련될 수 있다. 여기서 가장자리라 함은 판 형상의 베이스(11) 기준으로 넓은 2 면을 제외한 4 측면을 의미한다.
그리고 샘플 챔버(101)는 샘플이 주입되는 주입 공간(101a)과, 주입 공간(101a)에 연결되어 주입된 샘플이 모이고 샘플 유로(121)에 연결되는 액송 공간(101b)를 포함할 수 있다. 그리고 주입 공간(101a)은 샘플이 주입되는 입구를 형성하고, 안정적인 샘플 주입을 위해서 주입 공간(101a)의 입구는 액송 공간(101b) 보다 큰 면적으로 마련될 수 있다. 그리고 주입 공간(101a)은 마개에 의해 개폐가 가능할 수 있다. 마개는 베이스(11)와 일체로 형성되어 분실을 방지할 수 있다.
그리고 마개는 베이스(11)의 정면에 마련될 수 있다. 따라서, 주입 공간(101a)의 입구를 보다 넓은 면적으로 마련할 수 있다. 또는 마개는 베이스(11)의 상부 가장자리에 마련될 수도 있다.
일 실시예에 따른 카트리지(10)는 베이스(11)의 넓은 면이 정면을 향하도록 세워진 상태로 삽입될 수 있다. 카트리지(10)가 삽입된 상태에서 주입 공간(101a)은 위에 위치하고, 액송 공간(101b)은 아래에 위치할 수 있다. 따라서, 주입 공간(101a)에 주입된 샘플은 중력에 의해 액송 공간(101b)으로 이동할 수 있다.
액송 공간(101b)은 중력 방향(도면에서 아래 방향)에 위치하는 출구를 통해 샘플 유로(121)에 연결될 수 있다. 그리고 액송 공간(101b)의 출구 또는 샘플 유로(121)는 샘플 차단 밸브를 구비할 수 있다.
샘플 차단 밸브는 초기 상태가 닫힌 상태로 마련되고, 동작 신호에 의해 열린 상태로 전환될 수 있다. 만일, 제1 밸브(141)가 열린 상태에서 샘플이 주입된다면 미터링 유로(122)를 따라 샘플이 누설될 수 있기 때문이다.
예를 들어, 샘플 차단 밸브는 볼 밸브(Ball valve)일 수 있다. 볼 밸브는 초기 상태에는 볼(ball)이 유로를 막고 있고, 동작 신호에 의해 플런저가 볼을 가압하면 볼이 이탈하면서 막고 있던 유로를 개방할 수 있다. 샘플 차단 밸브의 볼은 이탈된 후에는 초기 위치로 복귀할 수 없도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 볼은 이탈하면서 중력에 의해 아래 방향으로 떨어질 수 있다.
그리고 샘플 유로(121)는 제1 밸브(141)를 지나 미터링 유로(122)에 연결된다. 제1 밸브(141)는 샘플 유로(121) 또는 미터링 유로(122)를 개폐할 수 있다. 샘플 유로(121)와 미터링 유로(122)는 제1 밸브(141)를 기준으로 구분될 수 있다. 즉, 제1 밸브(141)와 샘플 챔버(101) 사이의 유로를 샘플 유로(121)로 지칭하고, 제1 밸브(141)와 미터링 챔버(102) 사이의 유로를 미터링 유로(122)로 지칭할 수 있다.
한편, 미터링 유로(122)는 제1 밸브(141)와 미터링 챔버(102) 사이의 유로와, 제2 밸브(142)와 미터링 챔버(102) 사이의 유로와, 미터링 챔버(102)와 웨이스트 유로(125) 사이의 유로를 포함할 수 있다.
미터링 챔버(102)는 정량의 샘플을 계량하는데 사용될 수 있다. 미터링 챔버(102)는 샘플 챔버(101)에 근접하여 위치하고, 예를 들어, 샘플 챔버(101)의 좌측에 위치할 수 있다. 그리고 미터링 챔버(102)는 상하 방향(또는 중력 방향)으로 길게 연장되는 형태일 수 있다.
그리고 미터링 챔버(102)는 중력 방향으로 아래와 위에 유로가 연결될 수 있다. 따라서, 미터링 챔버(102)는 샘플에 존재하는 기포를 미터링 챔버(102) 위의 유로로 제거하여 미터링 챔버(102) 내부를 샘플로 가득 채울 수 있고, 정량의 미터링이 가능해진다.
그리고 미터링 챔버(102)는 하부가 미터링 유로(122)에 연결되고, 상부가 제1 공압 유로(111) 또는 제1 웨이스트 유로(125)에 연결될 수 있다. 보다 상세하게는 제1 공압 유로(111)와 미터링 유로(122)와 제1 웨이스트 유로(125)는 한 점에서 합류하고, 합류점에서 제1 공압 포트(112)에 연결되는 유로를 제1 공압 유로(111)라 칭하고, 합류점에서 미터링 챔버(102)에 연결되는 유로를 미터링 유로(122)라 칭하고, 합류점에서 웨이스트 챔버(103)에 연결되는 유로를 웨이스트 유로(125)라 칭할 수 있다. 그리고 미터링 챔버(102) 위와 아래의 미터링 유로(122)는 미터링 챔버(102)의 일 부분일 수 있다.
그리고 제1 공압 유로(111)의 입구는 제1 공압 포트(112)를 통해 공압 수단에 연결될 수 있다. 그리고 제1 공압 유로(111)는 미터링 챔버(102)와 합류하여 제1 웨이스트 유로(125)를 통해 웨이스트 챔버(103)에 연결될 수 있다.
웨이스트 챔버(103)는 샘플 챔버(101)의 우측에 위치할 수 있고, 상하 방향으로 길게 마련되어 용적을 확보할 수 있다. 웨이스트 챔버(103)의 상부 일 측에는 제1 웨이스트 유로(125)가 연결되고, 상부 다른 일 측에는 제2 웨이스트 유로(126)가 연결되고, 상부 또 다른 일 측에는 버퍼 드레인 유로(127)가 연결될 수 있다. 그리고 웨이스트 챔버(103)는 제1 웨이스트 유로(125)를 통해 제1 공압 유로(111) 유로에 연결되고, 제2 웨이스트 유로(126)를 통해 제2 공압 유로(113) 유로에 연결될 수 있다.
제2 웨이스트 유로(126)는 제3 밸브(143)를 통해 드레인 유로(124)에 연결될 수 있다. 그리고 드레인 유로(124)는 믹싱 챔버(104)에 연결될 수 있고, 믹싱 챔버(104)는 제2 공압 유로(113)에 연결될 수 있다. 그리고 제2 웨이스트 유로(126)는 드레인 유로(124)의 일부일 수 있다.
그리고 미터링 챔버(102)의 입구는 미터링 유로(122)에 연결되는 믹싱 유로(123)를 통해 믹싱 챔버(104)의 입구에 연결될 수 있다. 그리고 믹싱 유로(123)를 개폐하는 제2 밸브(142)가 마련될 수 있다.
그리고 믹싱 챔버(104)의 출구는 드레인 유로(124)와 제2 웨이스트 유로(126)를 통해 웨이스트 챔버(103)에 연결될 수 있다. 그리고 드레인 유로(124)를 개폐하는 제3 밸브(143)가 마련될 수 있다.
그리고 내부 대조군 비드(151)(IC 비드)는 도면과 같이 제2 밸브(142)와 믹싱 챔버(104) 사이의 믹싱 유로(123)에 마련되거나, 이와 달리 믹싱 챔버(104) 내부에 마련될 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 마그네틱 비드는 자철석(Fe3O4)과 같은 산화철 입자를 포함하여 초상자성 특성을 가진다. 보다 일반적인 강자성체와 달리 초상자성 비드는 외부 자기장이 있는 경우에만 자기적 거동을 나타낸다. 비드에 있는 입자에 따라 달라지는 이 상자성 특성으로 인해 비드에 결합된 모든 것과 함께 현탁 상태에서 분리될 수 있다. 자기장 밖에서는 서로 끌어당기지 않기 때문에 뭉칠 염려 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 마그네틱 비드는 pH에 따라 핵산이 특이적으로 결합하거나 해리될 수 있다.
마그네틱 비드는 자성을 가지는 코어와, 상기 코어를 감싸고 있는 폴리머 쉘과, 세포 또는 핵산에 결합하는 반응기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 마그네틱 비드는 산화철 코어와 코어를 둘러싼 실리카 쉘(shell)을 포함하는 코어-쉘 구조일 수 있다. 그리고 마그네틱 비드는 코어의 독성 노출 방지를 위해 폴리머 쉘을 더 포함할 수 있다.
그리고 마그네틱 비드(153)는 믹싱 챔버(104) 내부에 마련될 수 있다. 마그네틱 비드(153)는 타깃 분석물 검출장치에 장착되는 마그네틱 수단의 전자기장에 반응하여 이동 가능할 수 있다.
마그네틱 수단은 카트리지(10) 일 면에 근접하여 위치하며 전기 신호에 의해 온/오프 될 수 있다. 또는, 마그네틱 수단은 카트리지(10)의 처리 동작 동안 온 상태를 유지하되, 믹싱 챔버(104)와 상대적인 위치가 변하면서 전자기장의 전달을 조절할 수 있다.
한편, 마그네틱 수단과 아래 설명되는 초음파 수단과 가열 수단은 서로 상대적으로 이동 가능하도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 검출 장치는 축 방향으로 회전 가능한 휠 구조를 포함할 수 있다. 휠 구조는 휠베이스와, 상기 휠베이스의 회전축과, 상기 휠베이스의 회전축을 회전시키는 모터를 포함할 수 있다. 상기 휠 구조에 마그네틱 수단과 초음파 수단과 가열 수단이 각각 설치될 수 있다. 따라서 휠 구조가 회전하면서 믹싱 챔버(104)에 마그네틱 수단, 초음파 수단, 또는 가열 수단이 각각 근접하여 위치할 수 있다.
상기 마그네틱 수단은 자기부로, 초음파 수단은 초음파부로, 그리고 가열 수단은 가열부로 지칭할 수도 있다.
그리고 프로테아제 K 비드(152)는 제1 버퍼 유로(131)의 출구 측에 마련되거나, 믹싱 챔버(104) 내부에 마련될 수 있다.
또한, 믹싱 챔버(104)는 타깃 분석물 검출장치에 장착되는 초음파 수단(초음파 혼)에 의해 초음파가 전달될 수 있다. 초음파 수단은 진동하면서 초음파를 발생시켜 믹싱 챔버(104) 내의 서로 다른 유체의 혼합을 촉진시킬 수 있다. 또는, 초음파 수단은 믹싱 챔버(104) 내에 수용된 용액에 비드 용해를 촉진시킬 수 있다.
그리고 믹싱 챔버(104)는 가열 소자(펠티어 소자 등)를 포함하여 열 발생이 가능하거나 타깃 분석물 검출장치에 장착되는 가열 수단에 의해 열이 전달될 수 있다. 가열 수단은 열을 발생시켜 믹싱 챔버(104)로 전달하고, 믹싱 챔버(104) 내부의 온도를 상승시켜 혼합 반응, 용해 반응, 또는 화학 반응을 촉진시킬 수 있다.
또한, 믹싱 챔버(104)는 상부 공간과 하부 공간으로 구분되고, 상부 공간과 하부 공간은 서로 연결되면서도 공간적으로 구분될 수 있다.
믹싱 챔버(104)의 상부 공간은 유체가 유입되는 입구가 마련되고, 내부 대조군 비드(151)(IC 비드)와 프로테아제 K 비드(152)가 마련될 수 있다. 그리고 믹싱 챔버(104)의 하부 공간은 마그네틱 비드(153)가 마련되고, 샘플과 버퍼 또는 시약 등이 혼합되는 공간으로 마련될 수 있다. 그리고 믹싱 챔버(104)의 하부 공간은 드레인 유로(124)가 연결될 수 있다.
그리고 믹싱 챔버(104)의 하부 공간에서 혼합을 하는 동안에 혼합 용액이 상부 공간으로 튀는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 믹싱 챔버(104)의 상부 공간과 하부 공간 사이의 통로를 제외한 부분에는 차단벽이 마련될 수 있다.
또한, 믹싱 챔버(104)는 버퍼 유로(131, 132)를 통해 라이시스 버퍼 챔버(161), 바인딩 버퍼 챔버(162), 제1 및 제2 세척 버퍼 챔버(163, 164), 그리고 일루션 버퍼 챔버(165)에 연결될 수 있다.
그리고 제1 버퍼 유로(131)는 라이시스 버퍼 챔버(161)를 믹싱 챔버(104)에 유체적으로 연결할 수 있다.
그리고 제2 버퍼 유로(132)는 바인딩 버퍼 챔버(162), 제1 세척 버퍼 챔버(163)와 제2 세척 버퍼 챔버(164), 및 일루션 버퍼 챔버(165)를 믹싱 챔버(104)에 유체적으로 연결할 수 있다. 그리고 제2 버퍼 유로(132)는 믹싱 챔버(104)와 제5 밸브(145) 사이에서 분기되고, 분기 유로는 각각 서로 다른 4개의 버퍼 챔버(162, 163, 164, 165)에 연결될 수 있다.
그리고 제2 버퍼 유로(132)의 일 단은 믹싱 챔버(104)에 연결되고, 타 단은 웨이스트 챔버(103)에 연결되는 버퍼 드레인 유로(127)에 연결될 수 있다. 그리고 제2 버퍼 유로(132)와 버퍼 드레인 유로(127)는 제5 밸브(145)를 통해 연결될 수 있다. 그리고 버퍼 드레인 유로(127)는 제2 버퍼 유로(132)의 일부일 수 있다.
또한, 믹싱 챔버(104)는 검출 유로(133)를 통해 검출 챔버(105)에 연결될 수 있다. 그리고 검출 유로(133)를 개폐하는 제4 밸브(144)가 마련될 수 있다.
검출 유로(133)는 일 단이 믹싱 챔버(104)에 연결되고, 타 단이 복수의 검출 챔버(105)에 각각 연결될 수 있다. 검출 유로(133)는 제4 밸브(144)에 의해 개폐될 수 있다. 그리고 검출 유로(133)는 제4 밸브(144)에서 또는 제4 밸브(144) 후단에서 복수의 검출 챔버(105)에 대응하는 복수의 분기 유로로 분기될 수 있다. 예를 들어, 검출 유로(133)는 6개의 검출 챔버(105)에 각각 연결되는 6개의 분기 유로로 분기될 수 있다.
제4 밸브(144)는 공기 포집 공간을 더 포함할 수 있다. 믹싱 챔버(104)에서 혼합 과정에 발생한 기포는 제4 밸브(144)의 상부에 마련되는 공기 포집 공간으로 이동하고, 검출 유로(133)에는 기포가 발생되지 않은 샘플 유체만이 이동할 수 있다.
복수의 검출 챔버(105)는 베이스(11)의 좌측 가장자리에 상하 방향으로 나란하게 위치할 수 있다. 예를 들어, 복수의 검출 챔버(105)는 카트리지(10)가 검출 장치에 삽입되는 단부에 근접하여 마련될 수 있다. 그리고 타깃 분석물 검출 장치는 삽입된 카트리지(10)에 마련되는 검출 챔버(105)들에 타깃 분석물이 존재하는지 여부를 검사할 수 있는 검출 모듈이 마련될 수 있다. 예를 들어, 검출 모듈은 여기광을 발광하는 LED와, 검출 챔버(105)에서 반사되는 반사광을 수신하는 포토 다이오드를 포함할 수 있다.
그리고 검출 챔버(105)는 내부에 검출 시약을 포함할 수 있다. 검출 시약은 동결 건조 상태로 마련될 수 있다. 검출 유로(133)를 통해 검출 챔버(105) 내로 샘플 유체가 유입되면 검출 시약이 용해되면서 검출 반응이 일어날 수 있다.
그리고 타깃 분석물 검출 장치는 검출 챔버(105)에 열을 전달하는 검출 챔버 가열 수단을 포함할 수 있다. 검출 챔버 가열 수단에서 열이 전달되면 검출 챔버(105)가 일정 온도로 상승 및 유지되고 검출 챔버(105) 내부에서 검출 반응이 일어날 수 있다.
그리고 각각의 검출 챔버(105)는 검출 버퍼 챔버(106)에 연결될 수 있다. 검출 버퍼 챔버(106)는 검출 챔버(105)를 오버플로우하는 샘플 유체가 수용되는 공간일 수도 있고, 검출 유로(133) 및 검출 챔버(105)의 공기가 저장되는 공간일 수도 있고, 검출 챔버(105)에서 발생하는 기체가 저장되는 공간일 수도 있다.
그리고 6개의 검출 버퍼 챔버(106)는 모두 동일한 체적을 구비할 수 있다. 검출 유로(133)와 검출 챔버(105)에 샘플 유체가 이동하면서 밀려나는 공기들이 각각의 검출 버퍼 챔버(106)에 저장되면서 6개의 검출 버퍼 챔버(106)는 모두 동일한 반력을 제공할 수 있다. 따라서 각각의 검출 챔버(105)에는 동일한 양의 샘플 유체가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따른 타깃 분석물 검출 장치는 제어부를 더 포함할 수 있다. 제어부는 밸브 개폐수단, 공압 수단, 카트리지 반입 유닛, 블리스터 챔버를 가압하는 가압수단, 마그네틱 수단, 초음파 수단, 믹싱 챔버 가열 수단, 및 검출 챔버 가열 수단 등을 제어하여, 카트리지의 각 단계를 수행할 수 있다.
다음은 일 실시예에 따른 카트리지(10)를 이용하여 타깃 분석물을 검출하는 과정을 설명한다.
타깃 분석물 검출장치의 카트리지 반입 유닛은 프로토콜을 수행하기 위해 사용자 입력을 기다릴 수 있다.
[샘플 로딩 및 카트리지 장착]
사용자는 샘플 챔버(101)의 주입 공간(101a)에 샘플을 로딩(Loading)할 수 있다. 예를 들어, 마개를 열고 피펫을 통해 주입 공간(101a) 내부에 샘플을 주입한 뒤, 다시 마개를 닫아 밀봉할 수 있다.
그리고 사용자는 타깃 분석물 검출장치의 투입부에 카트리지(10)를 안착하거나 삽입하여 거치한 후, 검출장치의 제어패널을 통해 검출 공정 시작을 위한 동작 신호를 입력할 수 있다. 또는, 검출장치는 투입부에 카트리지(10)가 거치 또는 삽입된 것을 인식한 후, 사용자의 동작 신호 없이 일정 시간이 지나면 프로토콜을 수행할 수도 있다.
카트리지 반입 유닛이 수행하는 프로토콜은 아래와 같다.
카트리지(10)가 거치되는 로봇암은 카트리지(10)가 거치된 것으로 인식하면 카트리지(10)를 고정한다(clamp). 그리고 로봇암은 카트리지(10)를 작동 위치로 이동시킨다. 카트리지(10)의 작동 위치는 검출 위치와 동일할 수 있다. 예를 들어, 카트리지(10)가 작동 위치로 이동하면 검출 챔버(105)가 검출 모듈의 아래에 위치할 수 있다.
카트리지(10)의 공정이 시작되기 전에 초기 상태는 모든 밸브(141-145)가 열려진 상태, 그리고 공기주입 유로(111, 113)가 개방된 상태일 수 있다. 단, 액송 공간(101b)의 출구 또는 출구 후단에 마련되는 샘플 차단 밸브는 초기 상태가 닫힌 상태로 마련될 수 있다. 그리고 블리스터 챔버에 압력을 가하는 가압모듈도 초기 상태(열린 상태)일 수 있다.
[샘플 미터링공정]
도 3 내지 도 5는 샘플 미터링 과정을 나타내는 도면이다.
그 다음, 검출 장치는 샘플 챔버(101)에서 정량의 샘플을 미터링 하는 미터링 공정을 수행할 수 있다.
도 3을 참조하면, 밸브 제어부는 제1 밸브(141)와 제3 밸브(143)를 개방하고, 나머지 밸브들을 폐쇄할 수 있다. 그리고 밸브 제어부는 액송 공간(101b) 출구에 마련되는 샘플 차단 밸브를 개방하여 샘플을 샘플 유로(121)로 유동시킬 수 있다.
그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(112)를 폐쇄하고 제2 공압 포트(114)를 개방한 후, 제2 공압 포트(114)를 통해 음압을 제공할 수 있다. 제공된 음압은 차례로 제2 공압 유로(113), 믹싱 챔버(104), 드레인 유로(124), 제3 밸브(143), 제2 웨이스트 유로(126), 웨이스트 챔버(103), 제1 웨이스트 유로(125), 미터링 챔버(102), 미터링 유로(122), 샘플 유로(121), 및 샘플 챔버(101)에 전달될 수 있다.
이후, 샘플 챔버(101)의 샘플은 미터링 유로(122)와 미터링 챔버(102)를 채우고, 미터링 챔버(102)를 오버플로우 한 후, 제1 웨이스트 유로(125)의 일부를 채울 때까지 이동하거나 제1 웨이스트 유로(125)를 지나 웨이스트 챔버(103)에 도달할 수 있다.
그 다음, 도 4를 참조하면, 밸브 제어부는 제1 밸브(141)를 닫힌 상태로 전환할 수 있다. 그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(112)와 제2 공압 포트(114)를 개방한 후, 제1 공압 포트(112)를 통해 양압을 제공하거나 제2 공압 포트(114)를 통해 음압을 제공할 수 있다.
제공된 양압은 차례로 제1 공압 유로(111), 제1 웨이스트 유로(125), 웨이스트 챔버(103), 제2 웨이스트 유로(126), 제3 밸브(143), 드레인 유로(124), 믹싱 챔버(104), 및 제2 공압 유로(113)에 전달될 수 있다.
이 과정에서 제1 웨이스트 유로(125)에 남아 있던 샘플은 웨이스트 챔버(103)로 버려지게 된다. 그리고 미터링 챔버(102)를 오버플로우한 샘플이 웨이스트 챔버(103)에 버려지면서 제1 밸브(141)에서부터 미터링 챔버(102)를 채운 샘플의 부피가 미터링될 수 있다. 이처럼 공기를 불어 오버플로우된 샘플을 제거하는 과정은 에어 나이프(Air Knife) 공정으로 부를 수 있다.
그 다음, 도 5를 참조하면, 미터링된 샘플을 믹싱 챔버(104)로 전달(transfer)하는 공정이 진행될 수 있다.
밸브 제어부는 제2 밸브(142)를 열린 상태로 전환하고, 제3 밸브(143)를 닫힌 상태로 전환할 수 있다. 그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(112)를 통해 양압을 제공하거나 제2 공압 포트(114)를 통해 음압을 제공할 수 있다.
제공된 양압은 차례로 제1 공압 유로(111), 미터링 챔버(102), 미터링 유로(122), 제2 밸브(142), 믹싱 유로(123), 및 믹싱 챔버(104)에 전달될 수 있다. 이 과정에서 미터링 챔버(102)를 채우고 있던 샘플이 제2 밸브(142)와 믹싱 유로(123)를 통해 믹싱 챔버(104)에 전달될 수 있다.
그리고 믹싱 유로(123)의 경로 상에 위치하던 내부 대조군 비드(151)는 믹싱 유로(123)를 지나는 샘플에 용해(dissolved)되면서 믹싱 챔버(104)로 전달될 수 있다. 이와 달리, 내부 대조군 비드(151)가 믹싱 챔버(104) 내에 위치하는 경우, 믹싱 챔버(104)로 전달된 샘플에 의해 내부 대조군 비드(151)가 용해될 수도 있다.
[라이시스 공정]
그 다음, 믹싱 챔버(104)에 라이시스 버퍼를 전달하여 믹싱 챔버(104) 내에서 라이시스 공정이 진행될 수 있다.
밸브 제어부는 제2 밸브(142)를 닫힌 상태로 전환하여 모든 밸브를 폐쇄할 수 있다. 그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(112)를 폐쇄하고, 제2 공압 포트(114)를 통해 음압을 제공할 수 있다. 제공된 음압은 차례로, 제2 공압 유로(113) 및 제1 버퍼 유로(131)에 전달될 수 있다.
그리고 동시에 블리스터 가압수단은 라이시스 버퍼 챔버(161)를 가압하여 라이시스 버퍼를 공급할 수 있다. 이 과정에서 라이시스 버퍼 챔버(161)의 라이시스 버퍼는 제1 버퍼 유로(131)를 통해 믹싱 유로(123)로 전달된다. 그리고 제1 버퍼 유로(131)의 출구 측에 위치하던 프로테아제 K 비드(152)는 라이시스 버퍼에 용해되어 믹싱 챔버(104)로 전달될 수 있다.
그리고 초음파 수단은 믹싱 챔버(104)에 초음파를 발생시켜 샘플과 라이시스 버퍼를 혼합시킨다. 그리고 가열 수단은 믹싱 챔버(104)에 열을 가하여 일정 시간 동안 인큐베이팅(incubating)시킨다.
[바인딩 공정]
그 다음, 믹싱 챔버(104)에 바인딩 버퍼를 전달하여 믹싱 챔버(104) 내에서 바인딩 공정이 진행될 수 있다.
공압 제어부는 제2 공압 포트(114)를 통해 음압을 제공할 수 있고, 제공된 음압은 차례로 제2 공압 유로(113), 믹싱 챔버(104), 및 제2 버퍼 유로(132)에 전달될 수 있다.
그리고 동시에 블리스터 가압수단은 바인딩 버퍼 챔버(162)를 가압하여 바인딩 버퍼를 공급할 수 있다. 이 과정에서 바인딩 버퍼 챔버(162)의 바인딩 버퍼는 제2 버퍼 유로(132)를 통해 믹싱 유로(123)로 전달된다.
그 다음, 밸브 제어부는 제5 밸브(145)를 열린 상태로 전환하여 제2 웨이스트 유로(126)를 개방할 수 있다. 그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(112)를 통해 양압을 제공할 수 있고, 제공된 양압은 차례로 제1 공압 유로(111), 제1 웨이스트 유로(125), 웨이스트 챔버(103), 버퍼 드레인 유로(127), 제5 밸브(145), 제2 버퍼 유로(132), 믹싱 챔버(104), 및 제2 공압 유로(113)에 전달될 수 있다. 이 과정에서 제2 버퍼 유로(132)에 남아 있던 바인딩 버퍼는 믹싱 챔버(104)로 전량 배출될 수 있다.
그 다음, 밸브 제어부는 제5 밸브(145)를 닫힌 상태로 전환하여 모든 밸브를 폐쇄할 수 있다. 그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(112)와 제2 공압 포트(114)를 모두 폐쇄할 수 있다.
그리고 초음파 수단은 믹싱 챔버(104)에 초음파를 발생시켜 샘플과 바인딩 버퍼를 혼합시킨다. 그리고 일정 시간이 지나 바인딩 공정이 완료된 후에, 마그네틱 수단은 전자기장을 발생시켜 마그네틱 비드(153)를 모은다(collecting).
그 다음, 믹싱 챔버(104)의 드레인 공정이 진행될 수 있다. 밸브 제어부는 제3 밸브(143)를 열린 상태로 전환하여 드레인 유로(124)를 개방할 수 있다. 그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(112)를 통해 음압을 제공하거나 제2 공압 포트(114)를 통해 양압을 제공할 수 있다. 이 과정에서 믹싱 챔버(104) 내의 용액은 드레인 유로(124)를 통해 웨이스트 챔버(103)에 버려진다. 이 때, 마그네틱 비드(153)는 마그네틱 수단에 부착된 상태로 남아 있게 된다.
[제1 세척 공정]
그 다음, 믹싱 챔버(104)에 제1 세척 버퍼를 전달하여 제1 마그네틱 비드 세척 공정이 진행될 수 있다.
공압 제어부는 제1 공압 포트(112)를 차단하고, 제2 공압 포트(114)를 통해 음압을 제공할 수 있다. 그리고 밸브 제어부는 제3 밸브(143)를 닫힌 상태로 전환하여 모든 밸브를 폐쇄할 수 있다.
그리고 동시에 블리스터 가압수단은 제1 세척 버퍼 챔버(163)를 가압하여 세척 버퍼를 공급할 수 있다. 이 과정에서 제1 세척 버퍼 챔버(163)의 제1 세척 버퍼는 제2 버퍼 유로(132)를 통해 믹싱 챔버(104)로 전달된다.
그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(112)를 통해 양압을 제공할 수 있다. 그리고 밸브 제어부는 제5 밸브(145)를 개방 상태로 전환하여 버퍼 드레인 유로(127)를 개방할 수 있다. 이 과정에서 제2 버퍼 유로(132)에 남아 있던 제1 세척 버퍼는 믹싱 챔버(104) 내로 전달되고, 제2 버퍼 유로(132)는 비워진다.
그리고 마그네틱 수단은 동작을 멈추고, 마그네틱 수단에 붙어 있던 마그네틱 비드(153)가 믹싱 챔버(104) 내에 떨어져 나온다. 그리고 초음파 수단은 믹싱 챔버(104)에 초음파를 발생시켜 마그네틱 비드(153)와 제1 세척 버퍼를 혼합시킨다. 그리고 가열 수단은 믹싱 챔버(104)에 열을 가하여 일정 시간 동안 인큐베이팅(incubating)시킨다. 그리고 일정 시간이 지나 제1 세척 공정이 완료된 후에, 마그네틱 수단은 전자기장을 발생시켜 마그네틱 비드(153)를 모은다(collecting).
그 다음, 믹싱 챔버(104)의 드레인 공정이 진행될 수 있다. 밸브 제어부는 제3 밸브(143)를 열린 상태로 전환하여 드레인 유로(124)를 개방할 수 있다. 그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(112)를 통해 음압을 제공하거나 제2 공압 포트(114)를 통해 양압을 제공할 수 있다.
이 과정에서 믹싱 챔버(104) 내의 용액은 드레인 유로(124)를 통해 웨이스트 챔버(103)에 버려진다. 이 때, 마그네틱 비드(153)는 마그네틱 수단에 부착된 상태로 남아 있게 된다.
[제2 세척 공정]
그 다음, 믹싱 챔버(104)에 제2 세척 버퍼를 전달하여 제2 마그네틱 비드 세척 공정이 진행될 수 있다.
공압 제어부는 제1 공압 포트(112)를 차단하고, 제2 공압 포트(114)를 통해 음압을 제공할 수 있다. 그리고 밸브 제어부는 제3 밸브(143)를 닫힌 상태로 전환하여 모든 밸브를 폐쇄할 수 있다.
그리고 동시에 블리스터 가압모듈은 제2 세척 버퍼 챔버(164)를 가압하여 세척 버퍼를 공급할 수 있다. 이 과정에서 제2 세척 버퍼 챔버(164)의 제2 세척 버퍼는 제2 버퍼 유로(132)를 통해 믹싱 챔버(104)로 전달된다.
그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(112)를 통해 양압을 제공할 수 있다. 그리고 밸브 제어부는 제5 밸브(145)를 개방 상태로 전환하여 버퍼 드레인 유로(127)를 개방할 수 있다. 이 과정에서 제2 버퍼 유로(132)에 남아 있던 제2 세척 버퍼는 믹싱 챔버(104) 내로 전달되고, 제2 버퍼 유로(132)는 비워진다.
그리고 마그네틱 수단은 동작을 멈추고, 마그네틱 수단에 붙어 있던 마그네틱 비드(153)가 믹싱 챔버(104) 내에 떨어져 나온다. 그리고 초음파 수단은 믹싱 챔버(104)에 초음파를 발생시켜 마그네틱 비드(153)와 제2 세척 버퍼를 혼합시킨다. 그리고 믹싱 챔버(104)에 열을 가하여 일정 시간 동안 인큐베이팅(incubating)시킨다. 그리고 일정 시간이 지나 제2 세척 공정이 완료된 후에, 검출 장치의 마그네틱 수단을 동작시켜 마그네틱 비드(153)를 모은다(collecting).
그 다음, 믹싱 챔버(104)의 드레인 공정이 진행될 수 있다. 밸브 제어부는 제3 밸브(143)를 열린 상태로 전환하여 드레인 유로(124)를 개방할 수 있다. 그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(112)를 통해 음압을 제공하거나 제2 공압 포트(114)를 통해 양압을 제공할 수 있다.
이 과정에서 믹싱 챔버(104) 내의 용액은 드레인 유로(124)를 통해 웨이스트 챔버(103)에 버려진다. 이 때, 마그네틱 비드(153)는 마그네틱 수단에 부착된 상태로 남아 있게 된다.
한편, 이상에서 설명한 제2 마그네틱 비드 세척 공정은 상황에 따라 전부 또는 일부 공정이 생략될 수 있다.
[가열 및 인큐베이팅 공정]
그 다음, 믹싱 챔버(104)의 가열 및 인큐베이팅 공정이 진행될 수 있다.
가열 수단은 믹싱 챔버(104)에 열을 가해여 일정 시간 동안 인큐베이팅(incubating)시킨다.
그리고 밸브 제어부는 제1 공압 포트(112)를 차단하고, 제2 공압 포트(114)를 통해 음압을 제공하여 증발된 잔여 세척 버퍼를 제거할 수 있다.
[일루션 공정]
그 다음, 믹싱 챔버(104)의 일루션 공정이 진행될 수 있다.
공압 제어부는 제1 공압 포트(112)를 차단하고, 제2 공압 포트(114)를 통해 음압을 제공할 수 있다. 그리고 밸브 제어부는 모든 밸브를 닫힌 상태로 유지할 수 있다.
그리고 동시에 블리스터 가압수단은 일루션 버퍼 챔버(165)를 가압하여 일루션 버퍼를 공급할 수 있다. 이 과정에서 일루션 버퍼 챔버(165)의 일루션 버퍼는 제2 버퍼 유로(132)를 통해 믹싱 챔버(104)로 전달된다.
그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(112)를 차단하고, 제2 공압 포트(114)를 통해 음압을 제공하여 믹싱 챔버(104)에서 증발된 기체를 벤트(bent)시킨다.
그 다음, 공압 제어부는 제1 공압 포트(112)를 통해 양압을 제공할 수 있다. 그리고 밸브 제어부는 제5 밸브(145)를 열린 상태로 전환하여 버퍼 드레인 유로(127)를 개방할 수 있다. 이 과정에서 제2 버퍼 유로(132)에 남아 있던 일루션 버퍼는 믹싱 챔버(104) 내로 전달되고, 제2 버퍼 유로(132)는 비워진다.
그리고 초음파 수단은 믹싱 챔버(104)에 초음파를 발생시켜 마그네틱 비드(153)와 일루션 버퍼를 혼합시킨다. 그리고 가열 수단은 믹싱 챔버(104)에 열을 가하여 일정 시간 동안 인큐베이팅(incubating)시킨다. 그리고 일정 시간이 지나 일루션 공정이 완료된 후에, 마그네틱 수단은 전기장을 발생시켜 마그네틱 비드(153)를 모은다(collecting).
[검출 공정]
그 다음, 믹싱 챔버(104)에서 반응 샘플과 혼합된 일루션 버퍼를 검출 챔버(105)에 전달하는 검출 전 공정이 진행될 수 있다.
밸브 제어부는 제4 밸브(144)를 열린 상태로 전환하여 검출 유로(133)를 개방할 수 있다. 그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(112)를 차단하고, 제2 공압 포트(114)를 통해 양압을 제공할 수 있다. 그리고 이 과정에서 믹싱 챔버(104) 내의 일루션 버퍼와 혼합된 반응 샘플은 검출 챔버(105) 내로 전달된다.
그 다음, 검출 챔버(105)에서 검출 반응이 일어나고 검출 공정이 진행될 수 있다.
밸브 제어부는 제4 밸브(144)를 닫힌 상태로 전환하여 모든 밸브를 폐쇄할 수 있다. 그리고 믹싱 챔버(104)에서 검출 유로(133)를 통해 검출 챔버(105)로 전달된 용액은 검출 챔버(105) 내의 검출 비드를 용해시킬 수 있다.
그리고 검출 챔버 가열 수단은 검출 챔버(105)에 열을 가하여 일정 시간 동안 PCR 반응을 진행시킬 수 있다. PCR 반응은 일정한 온도에서 일정 시간 동안 진행될 수 있으며, 2 이상의 온도에서 복수의 반응이 진행될 수도 있다.
그리고 검출 챔버(105)가 가열되는 동안에 검출 챔버 내 높아진 압력은 검출 버퍼 챔버(106)를 통해 해소될 수 있다. 예를 들어, 검출 챔버(105)에서 발생하는 기체는 검출 버퍼 챔버(106)로 이동할 수 있다.
한편, 복수의 검출 챔버(105)에는 동일한 양의 반응 용액이 전달되어야 한다. 이를 위해, 제4 밸브(144)에서 분기되는 각각의 분기 검출 유로(133)들은 서로 동일한 길이를 가질 수 있다. 이는, 유로를 흐르는 액체의 유량은 유로의 저항계수(drag coefficient)에 반비례하고, 저항계수는 유로의 길이에 비례하기 때문이다. 예를 들어, 제4 밸브(144)와 가까운 검출 챔버(105)에 연결되는 분기 검출 유로(133)는 복수의 굽이부를 포함하여 유로 길이를 길게 할 수 있고, 제4 밸브(144)와 먼 검출 챔버(105)에 연결되는 분기 검출 유로(133)는 최단 경로로 마련되어 길이를 짧게 할 수 있다.
또는, 제4 밸브(144)에서 분기되는 각각의 분기 검출 유로(133)들의 입구 면적은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제4 밸브(144)와 가까운 검출 챔버(105)에 연결되는 분기 검출 유로(133)는 상대적으로 작은 입구 면적 가질 수 있고, 제4 밸브(144)와 먼 검출 챔버(105)에 연결되는 분기 검출 유로(133)는 상대적으로 큰 내경을 가질 수 있다. 이는, 유로를 흐르는 액체의 유량은 유로의 저항계수에 반비례하고, 저항계수는 유로의 단면적에 반비례하기 때문이다.
또는, 분기 검출 유로(133)의 길이나 입구 면적을 달리하지 않아도, 충분한 시간이 지난 후에는 검출 버퍼 챔버(106)의 압력에 의해 각각의 분기 검출 유로(133)에 동일한 유량이 전달될 수 있다. 즉, 검출 유로(133)에 유체가 전달되는 초기에는 각각의 검출 챔버(105)에 서로 다른 유량이 전달될 수 있으나, 상대적으로 빠른 시간에 유체가 채워지는 검출 챔버(105)는 아직 유체가 채워지지 않은 검출 챔버(105)에 비해 검출 버퍼 챔버(106)에서 가해지는 압력이 커지게 된다. 따라서, 일정 시간이 지난 후에는 모든 검출 유로(133)와 검출 챔버(105)에 압력 평형이 발생하게 되어, 각각의 검출 챔버(105)에는 동일한 양의 유체가 채워지게 된다.
그 다음, 검출 반응이 완료되면, 검출 모듈은 검출 챔버(105) 내의 타깃 분석물을 검출하게 된다. 예를 들어, 검출 모듈은 검출광을 발생시켜 검출 챔버(105)에 입사시키고, 타깃 분석물로부터 반사되는 반사광을 수광하여 타깃 분석물을 검사할 수 있다.
마지막으로, 검출 공정이 완료된 카트리지(10)를 검출 장치로부터 탈락시키기 전에, 카트리지(10)의 압력을 해소하는 공정을 수행할 수 있다. 공압 제어부는 제2 공압 포트(114)를 통해 음압을 제공하고, 밸브 제어부는 제4 밸브(144)를 열린 상태로 전환하여 검출 유로(133)를 개방한다.
이 과정에서 검출 챔버(105)와 검출 유로(133)의 기체가 제2 공압 포트(114)로 벤트된다.
[카트리지 탈락]
모든 반응이 끝난 다음, 밸브 제어부는 모든 밸브를 개방 상태로 전환하고, 공압 제어부는 제1 및 제2 공압 포트(112, 114)를 개방한다.
그리고 검출 장치로부터 카트리지(10)를 탈락시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 카트리지(20)를 나타내는 평면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 타깃 분석물 검출장치의 카트리지(20)는 복수의 챔버들과 유로가 형성되는 베이스(21)와, 상기 베이스(21)의 일 면 또는 양 면을 밀봉하는 커버(투명)와, 상기 베이스(21)에 유체적으로 결합되고 버퍼를 제공하는 블리스터 챔버부(22)를 포함할 수 있다.
그리고 블리스터 챔버부(22)는 베이스(21)와 별개의 부재로 마련되어 유체 연결될 수 있고, 접착 등을 통해 베이스(21)의 일 면에 결합될 수 있다. 이하에서는 블리스터 챔버부(22)가 베이스(21)와 별개의 부재로 마련되는 실시예에 대해서 설명하기로 한다.
베이스(21)는 샘플이 주입되는 샘플 챔버(201)와, 정량의 샘플을 계량하는 미터링 챔버(202)와, 버려지는 유체를 보관하는 웨이스트 챔버(203)와, 샘플과 시약을 혼합하는 제1 믹싱 챔버(204a)와, 일루션(elution) 반응이 일어나는 제2 믹싱 챔버(204b)와, 샘플의 검출 반응(PCR 반응 등) 및 타깃 분석물 검출이 일어나는 검출 챔버(205)를 포함할 수 있다.
그리고 베이스(21)는 각각의 챔버를 연결하는 유로를 형성할 수 있고, 각각의 유로를 개방 및 차단하는 밸브를 포함할 수 있다.
베이스(21)는 판 형상으로 마련되는 베이스 플레이트(200)일 수 있다. 그리고 베이스 플레이트(200)는 일 면에 챔버, 유로, 및 밸브 등이 형성되고, 다른 면에 일 면에 형성되는 유로를 교차하는 유로를 형성할 수 있다. 그리고 어느 하나의 유로는 베이스 플레이트(200)의 양 면에 모두 마련되고, 베이스 플레이트(200)를 관통하여 서로 연결될 수 있다.
그리고 베이스(21)는 타깃 분석물 검출장치(미도시)에 대해서 일 방향(도면에서 좌측 방향)으로 이동하여 장착될 수 있도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 베이스(21)의 일 측 가장자리(도면에서 상부)에는 랙(rack)이 형성되고, 베이스(21)의 랙은 타깃 분석물 검출장치에 마련되는 구동모듈의 피니언(pinion)에 기계 결합되고, 피니언이 회전하면서 베이스(21)가 일 방향(도면에서 좌측 방향)으로 이동할 수 있다. 그리고 베이스(21)는 랙-피니언 구조 이외에도 피스톤 구조 등 다양한 기계구조를 이용하여 일 방향으로 슬라이드 이동할 수 있고, 슬라이드 이동 외에 피벗, 로테이트, 스윙 등의 이동도 가능할 수 있다.
커버는 베이스(21) 일 면(도면에서 정면)에 형성되는 챔버, 유로, 및 밸브 중 어느 하나 이상을 밀봉하도록 베이스(21)의 일 면에 결합될 수 있다. 그리고 커버는 베이스(21)의 일 면(도면에서 정면)을 밀봉하는 제1 커버와 베이스(21)의 다른 면(도면에서 뒷면)을 밀봉하는 제2 커버를 포함할 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따른 타깃 분석물 카트리지(20)는 유로에 공기 압력을 제공하여 유체를 이동시킬 수 있다. 베이스 플레이트(200)는 유체 유로에 연통되는 공압 유로를 포함할 수 있다. 그리고 공압 유로는 양압 또는 음압을 제공하는 공압 수단에 연결될 수 있다. 일 예로, 공압 수단은 펌프를 포함한다.
공압 유로는 제1 공압 유로(211)와 제2 공압 유로(213)를 포함할 수 있다. 그리고 제1 및 제2 공압 유로(211, 213)는 선택적으로 공기주입 유로로 사용되거나, 공기배출 유로로 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 공압 유로(211, 213)는 솔레노이드 밸브 등 방향 전환 수단을 통해 펌프에 연결될 수 있다.
솔레노이드 밸브가 제1 위치에 있을 때에는 제1 공압 유로(211)가 공기주입 유로로 사용되고, 제2 공압 유로(213)가 공기배출 유로로 사용될 수 있다. 반대로, 솔레노이드 밸브가 제2 위치에 있을 때에는 제1 공압 유로(211)가 공기배출 유로로 사용되고, 제2 공압 유로(213)가 공기주입 유로로 사용될 수 있다. 이처럼, 제1 공압 유로(211)와 제2 공압 유로(213)에 제공되는 압력 방향을 전환함으로써 유체의 흐름 방향을 조절할 수 있다.
그리고 커버 멤브레인은 공압 유로를 개방하는 공압 포트(212, 214)를 포함할 수 있다. 공압 포트(212, 214)는 제1 공압 유로(211)에 연결되는 제1 공압 포트(212)와 제2 공압 유로(213)에 연결되는 제2 공압 포트(214)를 포함할 수 있다.
이하, 공압 포트(212, 214)를 개방 또는 폐쇄한다는 의미는 공압 포트(212, 214)에 연결되는 공압 수단을 가동 또는 가동 중지한다는 의미를 포함하고, 공압 포트(212, 214)에 공압을 제공한다는 의미는 공압 포트(212, 214)에 연결되는 공압 수단을 가동하여 공압 유로(211, 213)에 공압을 전달한다는 의미를 포함한다.
블리스터 챔버부(22)는 버퍼를 수용하는 버퍼 챔버를 구비하고, 버퍼 챔버는 압력이 제공되면서 버퍼를 액송하도록 마련된다. 그리고 블리스터 챔버부(22)는 베이스 플레이트(200)의 유로에 유체적으로 연결되고, 압력에 제공되면서 액송되는 버퍼는 베이스 플레이트(200)의 유로를 따라 목적 챔버로 이동할 수 있다.
그리고 블리스터 챔버부(22)는 라이시스 버퍼를 수용하는 라이시스 버퍼 챔버(261)와, 바인딩 버퍼를 수용하는 바인딩 버퍼 챔버(262)와, 세척 버퍼를 수용하는 제1 및 제2 세척 버퍼 챔버(263, 264)와, 일루션 버퍼를 수용하는 일루션 버퍼 챔버(265)를 포함할 수 있다.
그리고 블리스터 챔버부(22)는 베이스 플레이트(200)와 별개의 부재로 마련되는 블리스터 플레이트(270)일 수 있다. 그리고 블리스터 플레이트(270)의 각 블리스터 챔버는 베이스 플레이트(200)의 각 버퍼 유로(231, 232, 233, 234)에 유체적으로 연결될 수 있다. 이 때, 커버 멤브레인은 베이스 플레이트(200)의 버퍼 유로(231, 232, 233, 234)와 블리스터 챔버가 유체 연결되는 부분을 개방하는 관통홀을 형성할 수 있다.
블리스터 챔버는 복수의 블리스터 챔버가 나란하게 배치될 수 있고, 예를 들어, 좌측에서부터 세척 버퍼가 수용되는 제2 세척 버퍼 챔버(264)와 제1 세척 버퍼 챔버(263), 라이시스 버퍼(용해 완충액, lysis buffer)가 수용되는 라이시스 버퍼 챔버(261), 바인딩 버퍼(binding buffer)가 수용되는 바인딩 버퍼 챔버(262), 및 일루션 버퍼(용출 완충액, elution buffer)가 수용되는 일루션 버퍼 챔버(265)가 배치될 수 있다.
다음으로, 타깃 분석물 검출 카트리지(20)의 베이스(21)에 형성되는 챔버, 유로, 및 밸브의 연결관계에 대해 설명하기로 한다. 이하, 유체 경로의 구분은 설명의 편의를 위한 것으로, 유로의 명칭에 기능이 제한되지는 않는다. 그리고 동일한 유로가 둘 이상의 명칭으로 불릴 수도 있다.
유체 경로는 제1 공압 유로(211)와 제2 공압 유로(213) 사이에 형성될 수 있다. 그리고 각각의 챔버는 하나 이상의 유로를 통해 하나 이상의 챔버와 연통되고, 각각의 유로를 개폐하는 밸브를 포함할 수 있다. 즉, 제1 공압 유로(211)와 제2 공압 유로(213) 사이에 챔버들과 유로들이 연결되어 복수의 유체 경로를 형성할 수 있다.
이하, 공압 유로(211, 213)는 액상의 유체가 이동하지 않고, 기체만이 이동하는 유로를 지칭한다.
그리고 유체 경로에는 내부 대조군(internal control) 비드(bead)(251), 프로테아제 K(단백분해효소 K, proteinase K) 비드(252), 마그네틱 비드(253)가 마련될 수 있다. 내부 대조군 비드(251)와 프로테아제 K 비드(252)는 동결건조 상태로 마련될 수 있다. 그리고 각각의 비드들은 유로에 형성되는 공간에 마련될 수도 있고, 챔버 내부에 마련될 수도 있다.
샘플 챔버(201)는 주입되는 샘플을 수용할 수 있는 공간을 마련할 수 있다. 예를 들어, 피펫을 통해 샘플이 주입되거나, 샘플이 담긴 용기를 삽입할 수 있도록 마련될 수 있다. 그리고 샘플 챔버(201)는 카트리지(20)의 우측 상부에 위치할 수 있다.
그리고 샘플 챔버(201)는 베이스(21)의 일 가장자리(상부 가장자리)에서 샘플이 주입될 수 있도록 마련될 수 있다. 여기서 가장자리라 함은 판 형상의 베이스(21) 기준으로 넓은 2 면을 제외한 4 측면을 의미한다.
그리고 샘플 챔버(201)는 샘플이 주입되는 주입 공간(201a)과, 주입 공간(201a)에 연결되어 주입된 샘플이 모이고 샘플 유로(221)에 연결되는 액송 공간(201b)를 포함할 수 있다. 그리고 주입 공간(201a)은 샘플이 주입되는 입구를 형성하고, 안정적인 샘플 주입을 위해서 주입 공간(201a)의 입구는 액송 공간(201b) 보다 큰 면적으로 마련될 수 있다. 그리고 주입 공간(201a)은 마개에 의해 개폐가 가능할 수 있다. 마개는 베이스(21)와 일체로 형성되어 분실을 방지할 수 있다.
일 실시예에 따른 카트리지(20)는 베이스(21)의 넓은 면이 정면을 향하도록 세워진 상태로 삽입될 수 있다. 카트리지(20)가 삽입된 상태에서 주입 공간(201a)은 위에 위치하고, 액송 공간(201b)은 아래에 위치할 수 있다. 따라서, 주입 공간(201a)에 주입된 샘플은 중력에 의해 액송 공간(201b)으로 이동할 수 있다.
그리고 주입 공간(201a)은 샘플이 주입되는 입구를 형성하고, 안정적인 샘플 주입을 위해서 주입 공간(201a)의 입구는 액송 공간(201b) 보다 큰 면적으로 마련될 수 있다. 그리고 액송 공간(201b)은 카트리지(20)의 중력 방향(도면에서 아래 방향)으로 연장되는 관 형태일 수 있다.
그리고 샘플 챔버(201)는 카트리지(20)의 우측 상부에 위치하고, 마개는 카트리지(20)의 우측 상부 가장자리에 위치한다. 그리고 주입 공간(201a)은 마개에 의해 개폐가 가능할 수 있다. 마개는 베이스(21)와 일체로 형성되어 분실을 방지할 수 있다. 그리고 마개의 좌측에는 카트리지(20)의 진출입에 사용되는 랙(rack)이 형성될 수 있다.
액송 공간(201b)은 중력 방향(도면에서 아래 방향)에 위치하는 출구를 통해 샘플 유로(221)에 연결될 수 있다. 그리고 액송 공간(201b)의 출구 또는 샘플 유로(221)는 샘플 차단 밸브(246)를 구비할 수 있다.
샘플 차단 밸브(246)는 초기 상태가 닫힌 상태로 마련되고, 동작 신호에 의해 열린 상태로 전환될 수 있다. 만일, 제1 밸브(241)가 열린 상태에서 샘플이 주입된다면 미터링 유로(222)를 따라 샘플이 누설될 수 있기 때문이다.
예를 들어, 샘플 차단 밸브(246)는 볼 밸브(Ball valve)일 수 있다. 볼 밸브는 초기 상태에는 볼(ball)이 유로를 막고 있고, 동작 신호에 의해 플런저가 볼을 가압하면 볼이 이탈하면서 막고 있던 유로를 개방할 수 있다. 샘플 차단 밸브(246)의 볼은 이탈된 후에는 초기 위치로 복귀할 수 없도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 볼은 이탈하면서 중력에 의해 아래 방향으로 떨어질 수 있다.
그리고 샘플 유로(221)는 제1 밸브(241)를 지나 미터링 유로(222)에 연결된다. 제1 밸브(241)는 샘플 유로(221) 또는 미터링 유로(222)를 개폐할 수 있다. 샘플 유로(221)와 미터링 유로(222)는 제1 밸브(241)를 기준으로 구분될 수 있다. 즉, 제1 밸브(241)와 샘플 챔버(201) 사이의 유로를 샘플 유로(221)로 지칭하고, 제1 밸브(241)와 미터링 챔버(202) 사이의 유로를 미터링 유로(222)로 지칭할 수 있다.
한편, 미터링 유로(222)는 제1 밸브(241)와 미터링 챔버(202) 사이의 유로와, 제2 밸브(242)와 미터링 챔버(202) 사이의 유로와, 미터링 챔버(202)와 웨이스트 유로(225) 사이의 유로를 포함할 수 있다.
미터링 챔버(202)는 정량의 샘플을 계량하는데 사용될 수 있다. 미터링 챔버(202)는 샘플 챔버(201)에 근접하여 위치하고, 예를 들어, 샘플 챔버(201)의 좌측에 위치할 수 있다. 그리고 미터링 챔버(202)는 상하 방향(또는 중력 방향)으로 길게 연장되는 형태일 수 있다.
그리고 미터링 챔버(202)는 중력 방향으로 아래와 위에 유로가 연결될 수 있다. 따라서, 미터링 챔버(202)는 샘플에 존재하는 기포를 미터링 챔버(202) 위의 유로로 제거하여 미터링 챔버(202) 내부를 샘플로 가득 채울 수 있고, 정량의 미터링이 가능해진다.
그리고 미터링 챔버(202)는 하부가 미터링 유로(222)에 연결되고, 상부가 제1 공압 유로(211) 또는 제1 웨이스트 유로(225)에 연결될 수 있다. 보다 상세하게는 제1 공압 유로(211)와 미터링 유로(222)와 제1 웨이스트 유로(225)는 한 점에서 합류하고, 합류점에서 제1 공압 포트(212)에 연결되는 유로를 제1 공압 유로(211)라 칭하고, 합류점에서 미터링 챔버(202)에 연결되는 유로를 미터링 유로(222)라 칭하고, 합류점에서 웨이스트 챔버(203)에 연결되는 유로를 웨이스트 유로(225)라 칭할 수 있다. 그리고 미터링 챔버(202) 위와 아래의 미터링 유로(222)는 미터링 챔버(202)의 일 부분일 수 있다.
그리고 제1 공압 유로(211)의 입구는 제1 공압 포트(212)를 통해 공압 수단에 연결될 수 있다. 그리고 제1 공압 유로(211)는 미터링 챔버(202)와 합류하여 제1 웨이스트 유로(225)를 통해 웨이스트 챔버(203)에 연결될 수 있다.
웨이스트 챔버(203)는 블리스터 챔버부(22)의 아래에 위치할 수 있고, 좌우 방향으로 길게 마련되어 용적을 확보할 수 있다. 웨이스트 챔버(203)의 상부 일 측에는 제1 웨이스트 유로(225)가 연결되고, 상부 다른 일 측에는 제2 웨이스트 유로(226)가 연결될 수 있다. 그리고 웨이스트 챔버(203)는 제1 웨이스트 유로(225)를 통해 제1 공압 유로(211) 유로에 연결되고, 제2 웨이스트 유로(226)를 통해 제2 공압 유로(213) 유로에 연결될 수 있다.
제2 웨이스트 유로(226)는 제3 밸브(243)를 통해 드레인 유로(224)에 연결될 수 있다. 그리고 드레인 유로(224)는 제1 믹싱 챔버(204a)에 연결되고, 제1 믹싱 챔버(204a)는 제2 공압 유로(213)에 연결될 수 있다. 그리고 제2 웨이스트 유로(226)는 드레인 유로(224)의 일부일 수 있다.
그리고 미터링 챔버(202)의 입구는 미터링 유로(222)에 연결되는 믹싱 유로(223)를 통해 제1 믹싱 챔버(204a)의 입구에 연결될 수 있다. 그리고 믹싱 유로(223)를 개폐하는 제2 밸브(242)가 마련될 수 있다.
그리고 제1 믹싱 챔버(204a)의 출구는 드레인 유로(224)에 연결되는 제2 웨이스트 유로(226)를 통해 웨이스트 챔버(203)에 연결될 수 있다. 그리고 드레인 유로(224)를 개폐하는 제3 밸브(243)가 마련될 수 있다.
그리고 내부 대조군 비드(252)(IC 비드)와 마그네틱 비드(253)는 제1 믹싱 챔버(204a) 내부에 마련될 수 있다. 마그네틱 비드(253)는 타깃 분석물 검출장치에 장착되는 마그네틱 수단의 전자기장에 반응하여 이동 가능할 수 있다.
마그네틱 수단은 카트리지(20) 일 면에 근접하여 위치하며 전기 신호에 의해 온/오프 될 수 있다. 또는, 마그네틱 수단은 카트리지(20)의 처리 동작 동안 온 상태를 유지하되, 믹싱 챔버(104)와 상대적인 위치가 변하면서 전자기장의 전달을 조절할 수 있다.
한편, 마그네틱 수단과 아래 설명되는 초음파 수단과 가열 수단은 서로 상대적으로 이동 가능하도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 검출 장치는 축 방향으로 회전 가능한 휠 구조를 포함하고, 상기 휠 구조에 마그네틱 수단과 초음파 수단과 가열 수단이 각각 설치될 수 있다. 따라서 휠 구조가 회전하면서 제1 믹싱 챔버(204a)에 마그네틱 수단, 초음파 수단, 또는 가열 수단이 각각 근접하여 위치할 수 있다.
그리고 프로테아제 K 비드(252)는 제2 믹싱 챔버(204b) 내부에 마련될 수 있다.
또한, 제1 믹싱 챔버(204a) 또는 제2 믹싱 챔버(204b)는 타깃 분석물 검출장치에 장착되는 초음파 수단(초음파 혼)에 의해 초음파가 전달될 수 있다. 초음파 수단은 진동하면서 초음파를 발생시켜 제1 믹싱 챔버(204a) 또는 제2 믹싱 챔버(204b) 내의 서로 다른 유체의 혼합을 촉진시킬 수 있다. 또는, 초음파 수단은 제1 믹싱 챔버(204a) 또는 제2 믹싱 챔버(204b) 내에 수용된 용액에 비드 용해를 촉진시킬 수 있다.
그리고 제1 믹싱 챔버(204a) 또는 제2 믹싱 챔버(204b)는 가열 소자(펠티어 소자 등)를 포함하여 열 발생이 가능하거나 타깃 분석물 검출장치에 장착되는 가열 수단에 의해 열이 전달될 수 있다. 가열 수단은 열을 발생시켜 제1 믹싱 챔버(204a) 또는 제2 믹싱 챔버(204b)로 전달하고, 제1 믹싱 챔버(204a) 또는 제2 믹싱 챔버(204b) 내부의 온도를 상승시켜 혼합 반응, 용해 반응, 또는 화학 반응을 촉진시킬 수 있다.
또한, 제1 믹싱 챔버(204a)는 상부 공간과 하부 공간으로 구분되고, 상부 공간과 하부 공간은 서로 연결되면서도 공간적으로 구분될 수 있다.
제1 믹싱 챔버(204a)의 상부 공간은 유체가 유입되는 입구가 마련되고, 내부 대조군 비드(251)(IC 비드)와 프로테아제 K 비드(252)가 마련될 수 있다. 그리고 제1 믹싱 챔버(204a)의 하부 공간은 마그네틱 비드(253)가 마련되고, 샘플과 버퍼 또는 시약 등이 혼합되는 공간으로 마련될 수 있다. 그리고 제1 믹싱 챔버(204a)의 하부 공간은 드레인 유로(224)가 연결될 수 있다.
그리고 제1 믹싱 챔버(204a)의 하부 공간에서 혼합을 하는 동안에 혼합 용액이 상부 공간으로 튀는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 제1 믹싱 챔버(204a)의 상부 공간과 하부 공간 사이의 통로를 제외한 부분에는 차단벽이 마련될 수 있다.
또한, 제1 믹싱 챔버(204a)는 제1 버퍼 유로(231)를 통해 라이시스 버퍼 챔버(261)와 바인딩 버퍼 챔버(262)에 연결되고, 제2 버퍼 유로(232)를 통해 제2 세척 버퍼 챔버(264)에 연결되고, 제3 버퍼 유로(233)를 통해 제1 세척 버퍼 챔버(263)에 연결될 수 있다. 이 때, 제1 버퍼 유로(231)는 분기되어 라이시스 버퍼 챔버(261)와 바인딩 버퍼 챔버(262)에 각각 연결될 수 있다.
그리고 제1 버퍼 유로(231)는 믹싱 유로(223)에 합류할 수 있다. 구체적으로, 제1 버퍼 유로(231)는 라이시스 버퍼 챔버(261)에 연결되는 유로와 바인딩 버퍼 챔버(262)에 연결되는 유로가 합류하는 지점 후단에서 믹싱 유로(223)와 합류하여 제1 믹싱 챔버(204a)로 연결될 수 있다. 따라서, 제1 버퍼 유로(231)와 믹싱 유로(223)가 합류하는 지점부터 제1 믹싱 챔버(204a)에 이르는 구간의 유로는 제1 버퍼 유로(231) 또는 믹싱 유로(223)로 지칭할 수 있다.
그리고 제2 믹싱 챔버(204b)는 제4 버퍼 유로(234)를 통해 일루션 버퍼 챔버(265)에 연결될 수 있다.
또한, 제2 믹싱 챔버(204b)는 검출 유로(235)를 통해 검출 챔버(205)에 연결될 수 있다. 그리고 검출 유로(235)를 개폐하는 제5 밸브(245)가 마련될 수 있다.
검출 유로(235)는 일 단이 제2 믹싱 챔버(204b)에 연결되고, 타 단이 복수의 검출 챔버(205)에 각각 연결될 수 있다. 검출 유로(235)는 제5 밸브(245)에 의해 개폐될 수 있다. 그리고 검출 유로(235)는 제5 밸브(245)에서 또는 제5 밸브(245) 후단에서 복수의 검출 챔버(205)에 대응하는 복수의 분기 유로로 분기될 수 있다. 예를 들어, 검출 유로(235)는 6개의 검출 챔버(205)에 각각 연결되는 6개의 분기 유로로 분기될 수 있다.
제5 밸브(245)는 공기 포집 공간을 더 포함할 수 있다. 제2 믹싱 챔버(204b)에서 혼합 과정에 발생한 기포는 제5 밸브(245)의 상부에 마련되는 공기 포집 공간으로 이동하고, 검출 유로(235)에는 기포가 발생되지 않은 샘플 유체만이 이동할 수 있다.
복수의 검출 챔버(205)는 베이스(21)의 좌측 가장자리에 상하 방향으로 나란하게 위치할 수 있다. 예를 들어, 복수의 검출 챔버(205)는 카트리지(20)가 검출 장치에 삽입되는 단부에 근접하여 마련될 수 있다. 그리고 타깃 분석물 검출 장치는 삽입된 카트리지(20)에 마련되는 검출 챔버(205)들에 타깃 분석물이 존재하는지 여부를 검사할 수 있는 검출 모듈이 마련될 수 있다. 예를 들어, 검출 모듈은 여기광을 발광하는 LED와, 검출 챔버(205)에서 반사되는 반사광을 수신하는 포토 다이오드를 포함할 수 있다.
그리고 검출 챔버(205)는 내부에 검출 시약을 포함할 수 있다. 검출 시약은 동결 건조 상태로 마련될 수 있다. 검출 유로(235)를 통해 검출 챔버(205) 내로 샘플이 유입되면 검출 시약이 용해되면서 검출 반응이 일어날 수 있다.
그리고 타깃 분석물 검출 장치는 검출 챔버(205)에 열을 전달하는 검출 챔버 가열 수단을 포함할 수 있다. 검출 챔버 가열 수단에서 열이 전달되면 검출 챔버(205)가 일정 온도로 상승 및 유지되고 검출 챔버(205) 내부에서 검출 반응이 일어날 수 있다.
그리고 각각의 검출 챔버(205)는 검출 버퍼 챔버(206)에 연결될 수 있다. 검출 버퍼 챔버(206)는 검출 챔버(205)를 오버플로우하는 샘플이 수용되는 공간일 수도 있고, 검출 유로(235) 및 검출 챔버(205)의 공기가 저장되는 공간일 수도 있고, 검출 챔버(205)에서 발생하는 기체가 저장되는 공간일 수도 있다.
그리고 6개의 검출 버퍼 챔버(206)는 모두 동일한 체적을 구비할 수 있다. 검출 유로(235)와 검출 챔버(205)에 샘플 유체가 이동하면서 밀려나는 공기들이 각각의 검출 버퍼 챔버(206)에 저장되면서 6개의 검출 버퍼 챔버(206)는 모두 동일한 반력을 제공할 수 있다. 따라서 각각의 검출 챔버(205)에는 동일한 양의 샘플 유체가 제공될 수 있다.
다음은 일 실시예에 따른 카트리지(20)를 이용하여 타깃 분석물을 검출하는 과정을 설명한다.
타깃 분석물 검출장치의 카트리지 반입 유닛은 프로토콜을 수행하기 위해 사용자 입력을 기다릴 수 있다.
[샘플 로딩 및 카트리지 장착]
사용자는 샘플 챔버(201)의 주입 공간(201a)에 샘플을 로딩(Loading)할 수 있다. 예를 들어, 마개를 열고 피펫을 통해 주입 공간(201a) 내부에 샘플을 주입한 뒤, 다시 마개를 닫아 밀봉할 수 있다.
그리고 사용자는 타깃 분석물 검출장치의 투입부에 카트리지(20)를 안착하거나 삽입하여 거치한 후, 검출장치의 제어패널을 통해 검출 공정 시작을 위한 동작 신호를 입력할 수 있다. 또는, 검출장치는 투입부에 카트리지(20)가 거치 또는 삽입된 것을 인식한 후, 사용자의 동작 신호 없이 일정 시간이 지나면 프로토콜을 수행할 수도 있다.
카트리지 반입 유닛이 수행하는 프로토콜은 아래와 같다.
카트리지(20)가 거치되는 로봇암은 카트리지(20)가 거치된 것으로 인식하면 카트리지(20)를 고정한다(clamp). 그리고 로봇암은 카트리지(20)를 작동 위치로 이동시킨다. 카트리지(20)의 작동 위치는 검출 위치와 동일할 수 있다. 예를 들어, 카트리지(20)가 작동 위치로 이동하면 검출 챔버(205)가 검출 모듈의 아래에 위치할 수 있다.
카트리지(20)의 공정이 시작되기 전에 초기 상태는 모든 밸브(241-245)가 열려진 상태, 그리고 공압 유로(211, 213)가 개방된 상태일 수 있다. 단, 액송 공간(201b)의 출구 또는 출구 후단에 마련되는 샘플 차단 밸브(246)는 초기 상태가 닫힌 상태로 마련될 수 있다. 그리고 블리스터 챔버에 압력을 가하는 가압모듈도 초기 상태(열린 상태)일 수 있다.
[샘플 미터링공정]
그 다음, 검출 장치는 샘플 챔버(201)에서 정량의 샘플을 미터링 하는 미터링 공정을 수행할 수 있다.
밸브 제어부는 제1 밸브(241)와 제3 밸브(243)를 개방하고, 나머지 밸브들을 폐쇄할 수 있다. 그리고 밸브 제어부는 액송 공간(201b) 출구 후단에 마련되는 샘플 차단 밸브(246)를 개방하여 샘플을 샘플 유로(221)로 유동시킬 수 있다.
그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(212)를 폐쇄하고 제2 공압 포트(214)를 개방한 후, 제2 공압 포트(214)를 통해 음압을 제공할 수 있다. 제공된 음압은 차례로 제2 공압 유로(213), 제1 믹싱 챔버(204a), 드레인 유로(224), 제3 밸브(243), 제2 웨이스트 유로(226), 웨이스트 챔버(203), 제1 웨이스트 유로(225), 미터링 챔버(202), 미터링 유로(222), 샘플 유로(221), 및 샘플 챔버(201)에 전달될 수 있다.
이후, 샘플 챔버(201)의 샘플은 미터링 유로(222)와 미터링 챔버(202)를 채우고, 미터링 챔버(202)를 오버플로우 한 후, 제1 웨이스트 유로(225)의 일부를 채울 때까지 이동하거나 제1 웨이스트 유로(225)를 지나 웨이스트 챔버(203)에 도달할 수 있다.
그 다음, 밸브 제어부는 제1 밸브(241)를 닫힌 상태로 전환할 수 있다. 그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(212)와 제2 공압 포트(214)를 개방한 후, 제1 공압 포트(212)에 양압을 제공하거나 제2 공압 포트(214)에 음압을 제공할 수 있다.
제공된 양압은 차례로 제1 공압 유로(211), 제1 웨이스트 유로(225), 웨이스트 챔버(203), 제2 웨이스트 유로(226), 제3 밸브(243), 드레인 유로(224), 제1 믹싱 챔버(204a), 및 제2 공압 유로(213)에 전달될 수 있다.
이 과정에서 제1 웨이스트 유로(225)에 남아 있던 샘플은 웨이스트 챔버(203)로 버려지게 된다. 그리고 미터링 챔버(202)를 오버플로우한 샘플이 웨이스트 챔버(203)에 버려지면서 제1 밸브(241)에서부터 미터링 챔버(202)를 채운 샘플의 부피가 미터링될 수 있다. 이처럼 공기를 통해 오버플로우된 샘플을 제거하는 과정은 에어 나이프(Air Knife) 공정으로 부를 수 있다.
그 다음, 미터링된 샘플을 제1 믹싱 챔버(204a)로 전달(transfer)하는 공정이 진행될 수 있다.
밸브 제어부는 제2 밸브(242)를 열린 상태로 전환하고, 제3 밸브(243)를 닫힌 상태로 전환할 수 있다. 그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(212)를 통해 양압을 제공하거나 제2 공압 포트(214)에 음압을 제공할 수 있다.
제공된 양압은 차례로 제1 공압 유로(211), 미터링 챔버(202), 미터링 유로(222), 제2 밸브(242), 믹싱 유로(223), 및 제1 믹싱 챔버(204a)에 전달될 수 있다. 이 과정에서 미터링 챔버(202)를 채우고 있던 샘플이 제2 밸브(242)와 믹싱 유로(223)를 통해 제1 믹싱 챔버(204a)에 전달될 수 있다.
그리고 제1 믹싱 챔버(204a) 내부에 위치하는 내부 대조군 비드(252)는 제1 믹싱 챔버(204a)로 전달되는 샘플에 용해(dissolved)될 수 있다.
[라이시스 공정]
그 다음, 제1 믹싱 챔버(204a)에 라이시스 버퍼를 전달하여 제1 믹싱 챔버(204a) 내에서 라이시스 공정이 진행될 수 있다.
밸브 제어부는 제2 밸브(242)를 닫힌 상태로 전환하여 모든 밸브를 폐쇄할 수 있다. 그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(212)를 폐쇄하고, 제2 공압 포트(214)를 통해 음압을 제공할 수 있다. 제공된 음압은 차례로, 제2 공압 유로(213) 및 제1 버퍼 유로(231)에 전달될 수 있다.
그리고 동시에 블리스터 가압수단은 라이시스 버퍼 챔버(261)를 가압하여 라이시스 버퍼를 공급할 수 있다. 이 과정에서 라이시스 버퍼 챔버(261)의 라이시스 버퍼는 제1 버퍼 유로(231)를 통해 믹싱 유로(223)로 전달된다. 그리고 제1 믹싱 챔버(204a) 내에 위치하던 프로테아제 K 비드(252)는 라이시스 버퍼에 용해될 수 있다.
그리고 초음파 수단은 제1 믹싱 챔버(204a)에 초음파를 발생시켜 샘플과 라이시스 버퍼를 혼합시킨다.
그리고 공압 제어부는 제2 공압 포트(214)를 통해 양압을 제공할 수 있다. 밸브들은 모두 닫힌 상태이기 때문에 양압은 제1 믹싱 챔버(204a) 내의 압력을 증가시킬 수 있다. 그리고 가열 수단은 제1 믹싱 챔버(204a)에 열을 가하여 챔버 내 온도를 올릴 수 있다.
이처럼 제1 믹싱 챔버(204a)의 압력과 온도를 증가시킨 상태에서 일정 시간 동안 인큐베이팅(incubating) 공정을 진행할 수 있다.
[바인딩 공정]
그 다음, 제1 믹싱 챔버(204a)에 바인딩 버퍼를 전달하여 제1 믹싱 챔버(204a) 내에서 바인딩 공정이 진행될 수 있다.
공압 제어부는 제2 공압 포트(214)를 통해 음압을 제공할 수 있고, 제공된 음압은 차례로 제2 공압 유로(213), 제1 믹싱 챔버(204a), 및 제1 버퍼 유로(231)에 전달될 수 있다.
그리고 동시에 블리스터 가압수단은 바인딩 버퍼 챔버(262)를 가압하여 바인딩 버퍼를 공급할 수 있다. 이 과정에서 바인딩 버퍼 챔버(262)의 바인딩 버퍼는 제1 버퍼 유로(231)를 통해 제1 믹싱 챔버(204a)로 전달된다.
그 다음, 밸브 제어부는 제2 밸브(242)를 열린 상태로 전환하여 믹싱 유로(223)를 개방할 수 있다. 그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(212)를 통해 양압을 제공할 수 있고, 제공된 양압은 차례로 제1 공압 유로(211), 미터링 챔버(202), 미터링 유로(222), 제2 밸브(242), 제1 버퍼 유로(231), 제1 믹싱 챔버(204a), 및 제2 공압 유로(213)에 전달될 수 있다. 이 과정에서 제1 버퍼 유로(231)에 남아 있던 바인딩 버퍼는 제1 믹싱 챔버(204a)로 전량 배출될 수 있다.
그 다음, 밸브 제어부는 제2 밸브(242)를 닫힌 상태로 전환하여 모든 밸브를 폐쇄할 수 있다. 그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(212)와 제2 공압 포트(214)를 모두 폐쇄할 수 있다.
그리고 초음파 수단은 제1 믹싱 챔버(204a)에 초음파를 발생시켜 샘플과 바인딩 버퍼를 혼합시킨다. 그리고 가열 수단은 제1 믹싱 챔버(204a)에 열을 가하여 일정 시간 동안 인큐베이팅(incubating)시킨다. 그리고 일정 시간이 지나 바인딩 공정이 완료된 후에, 마그네틱 수단은 전자기장을 발생시켜 마그네틱 비드(253)를 모은다(collecting).
그 다음, 제1 믹싱 챔버(204a)의 드레인 공정이 진행될 수 있다. 밸브 제어부는 제3 밸브(243)를 열린 상태로 전환하여 드레인 유로(224)를 개방할 수 있다. 그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(212)를 통해 음압을 제공하거나 제2 공압 포트(214)를 통해 양압을 제공할 수 있다.
이 과정에서 제1 믹싱 챔버(204a) 내의 용액은 드레인 유로(224)와 제3 밸브(243)와 제2 웨이스트 유로(226)를 통해 웨이스트 챔버(203)에 버려진다. 이 때, 마그네틱 비드(253)는 마그네틱 수단에 부착된 상태로 남아 있게 된다.
[제1 세척 공정]
그 다음, 제1 믹싱 챔버(204a)에 제1 세척 버퍼를 전달하여 제1 마그네틱 비드 세척 공정이 진행될 수 있다.
공압 제어부는 제1 공압 포트(212)를 차단하고, 제2 공압 포트(214)를 통해 음압을 제공할 수 있다. 그리고 밸브 제어부는 제3 밸브(243)를 닫힌 상태로 전환하여 모든 밸브를 폐쇄할 수 있다.
그리고 동시에 블리스터 가압수단은 제1 세척 버퍼 챔버(263)를 가압하여 세척 버퍼를 공급할 수 있다. 이 과정에서 제1 세척 버퍼 챔버(263)의 제1 세척 버퍼는 제2 버퍼 유로(232)를 통해 제1 믹싱 챔버(204a)로 전달된다.
그리고 마그네틱 수단은 동작을 멈추고, 마그네틱 수단에 붙어 있던 마그네틱 비드(253)가 제1 믹싱 챔버(204a) 내에 떨어져 나온다. 그리고 초음파 수단은 제1 믹싱 챔버(204a)에 초음파를 발생시켜 마그네틱 비드(253)와 제1 세척 버퍼를 혼합시킨다. 그리고 가열 수단은 제1 믹싱 챔버(204a)에 열을 가하여 일정 시간 동안 인큐베이팅(incubating)시킨다. 그리고 일정 시간이 지나 제1 세척 공정이 완료된 후에, 마그네틱 수단은 전자기장을 발생시켜 마그네틱 비드(253)를 모은다(collecting).
그 다음, 제1 믹싱 챔버(204a)의 드레인 공정이 진행될 수 있다. 밸브 제어부는 제3 밸브(243)를 열린 상태로 전환하여 드레인 유로(224)를 개방할 수 있다. 그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(212)를 통해 음압을 제공하거나 제2 공압 포트(214)를 통해 양압을 제공할 수 있다.
이 과정에서 제1 믹싱 챔버(204a) 내의 용액은 드레인 유로(224)와 제3 밸브(243)와 제2 웨이스트 유로(226)를 통해 웨이스트 챔버(203)에 버려진다. 이 때, 마그네틱 비드(253)는 마그네틱 수단에 부착된 상태로 남아 있게 된다.
[제2 세척 공정]
그 다음, 제1 믹싱 챔버(204a)에 제2 세척 버퍼를 전달하여 제2 마그네틱 비드 세척 공정이 진행될 수 있다.
공압 제어부는 제1 공압 포트(212)를 차단하고, 제2 공압 포트(214)를 통해 음압을 제공할 수 있다. 그리고 밸브 제어부는 제3 밸브(243)를 닫힌 상태로 전환하여 모든 밸브를 폐쇄할 수 있다.
그리고 동시에 블리스터 가압모듈은 제2 세척 버퍼 챔버(264)를 가압하여 세척 버퍼를 공급할 수 있다. 이 과정에서 제2 세척 버퍼 챔버(264)의 제2 세척 버퍼는 제3 버퍼 유로(233)를 통해 제1 믹싱 챔버(204a)로 전달된다.
그리고 마그네틱 수단은 동작을 멈추고, 마그네틱 수단에 붙어 있던 마그네틱 비드(253)가 제1 믹싱 챔버(204a) 내에 떨어져 나온다. 그리고 초음파 수단은 제1 믹싱 챔버(204a)에 초음파를 발생시켜 마그네틱 비드(253)와 제2 세척 버퍼를 혼합시킨다. 그리고 가열 수단은 제1 믹싱 챔버(204a)에 열을 가하여 일정 시간 동안 인큐베이팅(incubating)시킨다. 그리고 일정 시간이 지나 제2 세척 공정이 완료된 후에, 검출 장치의 마그네틱 수단을 동작시켜 마그네틱 비드(253)를 모은다(collecting).
그 다음, 제1 믹싱 챔버(204a)의 드레인 공정이 진행될 수 있다. 밸브 제어부는 제3 밸브(243)를 열린 상태로 전환하여 드레인 유로(224)를 개방할 수 있다. 그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(212)를 통해 음압을 제공하거나 제2 공압 포트(214)를 통해 양압을 제공할 수 있다.
이 과정에서 믹싱 챔버(204) 내의 용액은 드레인 유로(224)와 제2 웨이스트 유로(226)를 통해 웨이스트 챔버(203)에 버려진다. 이 때, 마그네틱 비드(253)는 마그네틱 수단에 부착된 상태로 남아 있게 된다.
그리고 드레인 유로(224)와 제2 웨이스트 유로(226)가 비워진 후에도 계속적으로 공압을 제공하여, 드레인 유로(224)와 제2 웨이스트 유로(226)를 건조시킬 수 있다.
[일루션 공정]
그 다음, 제1 믹싱 챔버(204a)의 일루션 공정이 진행될 수 있다.
공압 제어부는 제1 공압 포트(212)를 차단하고, 제2 공압 포트(214)를 통해 음압을 제공할 수 있다. 그리고 밸브 제어부는 모든 밸브를 닫힌 상태로 유지할 수 있다.
그리고 동시에 블리스터 가압수단은 일루션 버퍼 챔버(265)를 가압하여 일루션 버퍼를 공급할 수 있다. 이 과정에서 일루션 버퍼 챔버(265)의 일루션 버퍼는 제4 버퍼 유로(234)를 통해 제1 믹싱 챔버(204a)로 전달된다.
그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(212)를 차단하고, 제2 공압 포트(214)를 통해 음압을 제공하여 제1 믹싱 챔버(204a)에서 증발된 기체를 벤트(bent)시킨다.
그리고 마그네틱 수단은 동작을 멈추고, 마그네틱 수단에 붙어 있던 마그네틱 비드(253)가 제1 믹싱 챔버(204a) 내에 떨어져 나온다. 그리고 초음파 수단은 제1 믹싱 챔버(204a)에 초음파를 발생시켜 마그네틱 비드(253)와 일루션 버퍼를 혼합시킨다.
그리고 공압 제어부는 제2 공압 포트(214)를 통해 양압을 제공할 수 있다. 밸브들은 모두 닫힌 상태이기 때문에 양압은 제1 믹싱 챔버(204a) 내의 압력을 증가시킬 수 있다. 그리고 가열 수단은 제1 믹싱 챔버(204a)에 열을 가하여 챔버 내 온도를 올릴 수 있다. 이처럼 제1 믹싱 챔버(204a)의 압력과 온도를 증가시킨 상태에서 일정 시간 동안 인큐베이팅(incubating) 공정을 진행할 수 있다.
그리고 일정 시간이 지나 제2 세척 공정이 완료된 후에, 검출 장치의 마그네틱 수단을 동작시켜 마그네틱 비드(253)를 모은다(collecting).
[마스터믹스 공정]
그 다음, 제1 믹싱 챔버(204a)에서 제2 믹싱 챔버(204b)로 일루션된 샘플 용액을 전달하고 마스터믹스와 혼합하는 마스터믹스 공정이 진행될 수 있다.
공압 제어부는 제1 공압 포트(212)를 통해 음압을 제공하거나, 제2 공압 포트(214)를 통해 양압을 제공할 수 있다. 그리고 밸브 제어부는 제4 밸브(244)를 열린 상태로 전환할 수 있다.
제1 믹싱 챔버(204a)는 마스터믹스 유로(227)와 제4 밸브(244)를 통해 제2 믹싱 챔버(204b)에 연결된다. 이 과정에서 제1 믹싱 챔버(204a)의 일루션된 샘플 용액은 마스터믹스 유로(227)를 통해 제2 믹싱 챔버(204b)로 전달된다.
그리고 밸브 제어부는 제4 밸브(244)를 닫힌 상태로 전환하고, 초음파 수단은 제2 믹싱 챔버(204b)에 초음파를 발생시켜 일루션된 샘플 용액과 마스터믹스(master mix)를 혼합시킬 수 있다. 그리고 가열 수단은 제2 믹싱 챔버(204b)에 열을 가하여 일정 시간 동안 인큐베이팅(incubating)시킬 수 있다.
그리고 밸브 제어부는 제4 밸브(244)를 열린 상태로 전환하고, 제2 믹싱 챔버(204b)에서 발생된 기체를 마스터믹스 유로(227)를 통해 벤트할 수 있다.
[검출 공정]
그 다음, 제2 믹싱 챔버(204b)에서 마스터 믹스와 혼합된 용액을 검출 챔버(205)에 전달하는 검출 전 공정이 진행될 수 있다.
밸브 제어부는 제4 밸브(244)와 제5 밸브(245)를 열린 상태로 전환하여 마스터믹스 유로(227)와 검출 유로(235)를 개방할 수 있다. 그리고 공압 제어부는 제1 공압 포트(212)를 차단하고, 제2 공압 포트(214)를 통해 양압을 제공할 수 있다. 제공된 양압은 차례로 제2 공압 유로(213), 제1 믹싱 챔버(204a), 마스터믹스 유로(227), 제2 믹싱 챔버(204b), 및 검출 유로(235)에 전달될 수 있다. 그리고 이 과정에서 제2 믹싱 챔버(204b) 내의 마스터 믹스와 혼합된 용액은 검출 챔버(205)로 전달된다.
그 다음, 검출 챔버(205)에서 검출 반응이 일어나고 검출 공정이 진행될 수 있다.
밸브 제어부는 제5 밸브(245)를 닫힌 상태로 전환할 수 있다. 그리고 제2 믹싱 챔버(204b)에서 검출 유로(235)를 통해 검출 챔버(205)로 전달된 용액은 검출 챔버(205) 내의 비드를 용해시킬 수 있다.
그리고 검출 챔버 가열 수단은 검출 챔버(205)에 열을 가하여 일정 시간 동안 PCR 반응을 진행시킬 수 있다. PCR 반응은 일정한 온도에서 일정 시간 동안 진행될 수 있으며, 2 이상의 온도에서 복수의 반응이 진행될 수도 있다.
그리고 검출 챔버(205)가 가열되는 동안에 검출 챔버 내 높아진 압력은 검출 버퍼 챔버(206)에 해소될 수 있다. 예를 들어, 검출 챔버(205)에서 발생하는 기체는 검출 버퍼 챔버(206)로 이동할 수 있다.
그 다음, 검출 반응이 완료되면, 검출 모듈은 검출 챔버(205) 내의 타깃 분석물을 검출하게 된다. 예를 들어, 검출 모듈은 검출광을 발생시켜 검출 챔버(205)에 입사시키고, 타깃 분석물로부터 반사되는 반사광을 수광하여 타깃 분석물을 검사할 수 있다.
마지막으로, 검출 공정이 완료된 카트리지(20)를 검출 장치로부터 제거시키기 전에, 카트리지(20)의 압력을 해소하는 공정을 수행할 수 있다. 공압 제어부는 제2 공압 포트(214)를 통해 음압을 제공하고, 밸브 제어부는 제5 밸브(245)를 열린 상태로 전환하여 검출 유로(235)를 개방한다. 그리고 제4 밸브(244)는 열린 상태로 유지되어 마스터믹스 유로(227)도 개방된 상태이다.
이 과정에서 검출 챔버(205)와 검출 유로(235)의 기체가 제2 공압 포트(214)로 벤트된다.
[카트리지 탈락]
모든 반응이 끝난 다음, 밸브 제어부는 모든 밸브를 개방 상태로 전환하고, 공압 제어부는 제1 및 제2 공압 포트(212, 214)를 개방한다.
그리고 검출 장치로부터 카트리지(20)를 탈락시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10, 20: 타깃 분석물 검출 카트리지,
11, 21: 베이스, 12, 22: 블리스터 챔버부,
11a: 전처리 영역, 11b: 검출 영역,
11c: 샘플유동 영역, 11d: 블리스터 챔버 영역,
100, 200: 베이스 플레이트, 101, 201: 샘플 챔버,
102, 202: 미터링 챔버, 103, 203: 웨이스트 챔버,
104, 204: 믹싱 챔버, 105, 205: 검출 챔버,
106, 206: 검출 버퍼 챔버,
111, 211: 제1 공압 유로, 112, 212: 제1 공압 포트,
113, 213: 제2 공압 유로, 114, 214: 제2 공압 포트,
121, 221: 샘플 유로, 122, 222: 미터링 유로,
123, 223: 믹싱 유로, 124, 224: 드레인 유로,
125, 225: 제1 웨이스트 유로, 126, 226: 제2 웨이스트 유로,
127: 버퍼 드레인 유로, 227: 마스터믹스 유로,
131, 231: 제1 버퍼 유로, 132, 232: 제2 버퍼 유로,
233: 제3 버퍼 유로, 234: 제4 버퍼 유로,
133, 235: 검출 유로,
141-145, 241-245: 제1 내지 제5 밸브,
246: 샘플 차단 밸브,
151, 251: 내부 대조군 비드, 152, 252: 프로테아제 K 비드,
153, 253: 마그네틱 비드,
161, 261: 라이시스 버퍼 챔버, 162, 262: 바인딩 버퍼 챔버,
163,164, 263, 264: 세척 버퍼 챔버, 165, 265: 일루션 버퍼 챔버,
170, 270: 블리스터 플레이트, 171, 271: 제1 블리스터 챔버,
172, 272: 제2 블리스터 챔버, 173, 273: 블리스터 연결통로,
174: 제1 블리스터 멤브레인, 175: 제2 블리스터 멤브레인,
176: 핀.

Claims (16)

  1. 샘플이 인입되는 샘플 챔버;
    상기 샘플 챔버에 연결되고, 정량의 샘플이 미터링되는 미터링 챔버;
    상기 미터링 챔버에 연결되고, 마그넷 비드를 수용하는 믹싱 챔버;
    상기 미터링 챔버에 연결되는 웨이스트 챔버;
    상기 믹싱 챔버에 연결되고, 버퍼를 수용하는 복수의 버퍼 챔버들;
    상기 믹싱 챔버에 연결되고, 타깃 분석물이 검출되는 검출 챔버;
    상기 샘플 챔버와 상기 미터링 챔버를 연결하는 미터링 유로;
    상기 미터링 챔버와 상기 웨이스트 챔버를 연결하는 웨이스트 유로;
    상기 미터링 챔버와 상기 믹싱 챔버를 연결하는 믹싱 유로;
    상기 버퍼 챔버와 상기 믹싱 챔버를 연결하는 버퍼 유로;
    상기 믹싱 챔버와 상기 검출 챔버를 연결하는 검출 유로;
    제1 공압 포트에 연통되는 제1 공압 유로;
    제2 공압 포트에 연통되는 제2 공압 유로를 포함하고,
    상기 샘플 챔버, 상기 미터링 챔버, 상기 믹싱 챔버, 및 상기 버퍼 챔버들이 마련되는 전처리 영역과 상기 검출 챔버가 마련되는 검출 영역이 수평 방향으로 배치되고,
    상기 전처리 영역은 챔버 영역과 밸브 영역과 버퍼 영역이 수직 방향으로 배치되고,
    상기 챔버 영역은 상기 샘플 챔버, 상기 미터링 챔버, 및 상기 믹싱 챔버가 수평 방향으로 배치되는,
    타깃 분석물 검출 카트리지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 샘플 챔버와 상기 미터링 챔버 사이에서 유체 흐름을 제어하는 제1 밸브;
    상기 미터링 챔버와 상기 믹싱 챔버 사이에서 유체 흐름을 제어하는 제2 밸브; 및
    상기 믹싱 챔버와 상기 웨이스트 챔버 사이에서 유체 흐름을 제어하는 제3 밸브를 더 포함하고,
    상기 밸브 영역은 상기 제1 내지 제3 밸브가 수평 방향으로 배치되는,
    타깃 분석물 검출 카트리지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 버퍼 챔버들은,
    라이시스 버퍼 챔버, 바인딩 버퍼 챔버, 워싱 버퍼 챔버, 및 일루션 버퍼 챔버를 포함하고,
    상기 버퍼 영역은 상기 복수의 버퍼 챔버들이 수평 방향으로 배치되는,
    타깃 분석물 검출 카트리지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전처리 영역은, 상기 샘플 챔버, 상기 미터링 챔버, 및 상기 믹싱 챔버가 차례로 배치되는,
    타깃 분석물 검출 카트리지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 샘플 챔버는, 수평 방향 폭 보다 수직 방향 폭이 더 큰 형상을 구비하고, 상기 수직 방향 상부에 마련되는 주입 공간과, 상기 수직 방향 하부에 마련되고 상기 미터링 챔버에 연결되는 액송 공간을 구비하는,
    타깃 분석물 검출 카트리지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 미터링 챔버는, 수평 방향 폭 보다 수직 방향 폭이 더 큰 형상을 구비하고, 상기 수직 방향 상부는 상기 웨이스트 유로에 연결되고, 상기 수직 방향 하부는 상기 샘플 챔버 및 상기 믹싱 챔버에 각각 연결되는,
    타깃 분석물 검출 카트리지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 검출 챔버는 수직 방향으로 복수 개가 나란하게 배치되는,
    타깃 분석물 검출 카트리지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전처리 영역은, 상기 챔버 영역과, 상기 밸브 영역과, 상기 버퍼 영역이 차례로 배치되는,
    타깃 분석물 검출 카트리지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 웨이스트 챔버는 상기 샘플 챔버, 상기 미터링 챔버, 및 상기 믹싱 챔버 보다 수직 방향으로 아래에 위치하는,
    타깃 분석물 검출 카트리지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 웨이스트 챔버가 마련되는 웨이스트 영역은 상기 버퍼 영역 아래에 배치되는,
    타깃 분석물 검출 카트리지.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 버퍼 챔버들은, 상기 샘플 챔버, 상기 미터링 챔버, 및 상기 믹싱 챔버 보다 수직 방향으로 아래에 위치하고 상기 웨이스트 챔버 보다 수직 방향 위에 위치하는,
    타깃 분석물 검출 카트리지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 미터링 챔버는 일 측이 상기 샘플 챔버와 상기 믹싱 챔버에 각각 연결되고, 타 측이 상기 웨이스트 챔버에 연결되며,
    상기 제1 공압 유로는 상기 미터링 챔버의 타 측과 합류하여 상기 웨이스트 유로에 연결되는,
    타깃 분석물 검출 카트리지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전처리 영역에 마련되고, 일 측이 상기 믹싱 챔버에 연결되고, 타 측이 상기 검출 챔버에 연결되는 마스터믹스 챔버를 더 포함하는,
    타깃 분석물 검출 카트리지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 공압 유로는 분기되어 제1 분기는 상기 미터링 챔버와 상기 웨이스트 챔버에 연결되고, 제2 분기는 상기 마스터믹스 챔버에 연결되고,
    상기 제2 공압 유로는 믹싱 챔버에 연결되는,
    타깃 분석물 검출 카트리지.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 전처리 영역에 마련되고, 일 측이 상기 믹싱 챔버에 연결되고, 타 측이 상기 검출 챔버에 연결되는 마스터믹스 챔버;
    상기 믹싱 챔버와 상기 마스터믹스 챔버 사이에서 유체 흐름을 제어하는 제4 밸브; 및
    상기 마스터믹스 챔버와 상기 검출 챔버 사이에서 유체 흐름을 제어하는 제5 밸브를 더 포함하는,
    타깃 분석물 검출 카트리지.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전처리 영역은 상기 샘플 챔버, 상기 미터링 챔버, 상기 믹싱 챔버, 상기 마스터믹스 챔버, 및 상기 버퍼 챔버가 수평 방향으로 마련되고,
    상기 챔버 영역은 상기 샘플 챔버, 상기 미터링 챔버, 상기 믹싱 챔버, 및 상기 마스터믹스 챔버가 수직 방향으로 마련되고,
    상기 밸브 영역은 상기 제1 내지 제5 밸브가 수평 방향으로 마련되고,
    상기 버퍼 영역은 상기 복수의 버퍼 챔버들이 수평 방향으로 마련되는,
    타깃 분석물 검출 카트리지.
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