WO2017003142A1 - 분석용 카트리지 및 이에 적용되는 보조 장치 - Google Patents

분석용 카트리지 및 이에 적용되는 보조 장치 Download PDF

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임종민
조재걸
김지연
백상현
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정현주
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삼성전자 주식회사
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    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers

Definitions

  • the present disclosure relates to an analytical cartridge for analyzing a sample and an auxiliary device applicable to the analytical cartridge described above.
  • One embodiment relates to an analytical cartridge into which a certain amount of sample may be injected for quantitative analysis and an auxiliary device applicable to the cartridge.
  • the valve may further include a protrusion which is connected to the blocking unit and protrudes to the outside of the analysis cartridge.
  • the first plate 610a and the second plate 610b may be formed in a film form.
  • the thicknesses of the first plate 610a, the second plate 610b, and the third plate 610c are merely examples and do not limit the thickness of the main body 120a.
  • a flow path 622 and a reaction chamber 625 may be formed by the opening.

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Abstract

분석용 카트리지 및 이에 적용되는 보조 장치를 제공한다. 본 분석용 카트리지는, 일정량의 시료를 수용할 수 있는 미터링 챔버와 상기 미터링 챔버에서 넘친 잔량의 시료를 수용할 수 있는 잔여 챔버를 포함하는 보조 부재를 포함한다.

Description

분석용 카트리지 및 이에 적용되는 보조 장치
본 개시는 시료를 분석하기 위한 분석용 카트리지 및 상기한 분석용 카트리지에 적용될 수 있는 보조 장치에 관한 것이다.
신체로부터 채취된 시료(sample)를 통하여 생체 정보를 측정하는 방법은 계속 발달되고 있다. 시료로 소변 또는 혈액이 일반적으로 이용되며, 측정 방법이 발달하면서, 땀이나 눈물을 시료로 하여 당뇨 등과 같은 생체 정보를 측정하는 방법이 개발되고 있다. 또한, 타액 및 날숨(exhaled breath) 등으로부터 시료를 채취하여 생체 정보를 측정하는 방법도 개발 중에 있다.
시료를 이용한 일반적인 생체 정보 측정 방법으로서, 스트립(strip)에서 시약에 대한 반응 결과를 육안으로 확인하여 양성 또는 음성인지를 결정하는 정성적인 분석을 통해 간단하게 생체 정보를 측정할 수 있다.
생체 정보를 측정함에 있어서, 다양한 질병에 대한 많은 시약 반응이 요구되고 있으며, 또한, 양성/음성 반응의 정성적인 분석뿐만 아니라 측정 수치를 통해서 어느 정도의 상태인지를 판단하는 정량적인 판단이 요구되고 있다.
일 실시예는 정량 분석을 위해 일정량의 시료가 주입될 수 있는 분석용 카트리지 및 카트리지에 적용될 수 있는 보조 장치에 관한 것이다.
일 유형에 따른 따르는 분석용 카트리지는, 일정량의 시료를 수용할 수 있는 미터링 챔버(metering chamber)와 상기 미터링 챔버에서 넘친 잔량의 시료를 수용할 수 있는 잔여 챔버(waste chamber)를 포함하는 보조 부재; 상기 미터링 챔버로부터 상기 일정량의 시료가 내부로 유입될 수 있는 본체; 및 상기 일정량의 시료에 대한 상기 본체로의 유동 여부를 제어하는 밸브;를 포함한다.
그리고, 상기 밸브는, 상기 미터링 챔버와 상기 본체 사이를 차단할 수 있는 차단부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 차단부는, 상기 보조 부재의 길이 방향을 가로지르는 방향으로 이동할 수 있다.
그리고, 상기 밸브는, 상기 차단부와 연결되어 있으면서 상기 분석용 카트리지의 외부로 돌출된 돌출부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 밸브는, 상기 보조 부재와 상기 본체 사이에 배치될 수 있다.
그리고, 상기 미터링 챔버의 용량은 상기 잔여 챔버의 용량 이하일 수 있다.
또한, 상기 미터링 챔버와 상기 잔여 챔버는, 상기 보조 부재의 길이 방향으로 중첩되지 않을 수 있다.
그리고, 상기 보조 부재는, 상기 보조 부재의 외벽을 형성하는 제1 측벽; 및
상기 미터링 챔버와 상기 잔여 챔버를 구획짓는 제2 측벽;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 측벽 중 적어도 일부 영역의 길이는 상기 제1 측벽의 길이이하일 수 있다.
그리고, 상기 미터링 챔버는, 상기 잔여 챔버에 의해 둘러싸일 수 있다.
또한, 상기 미터링 챔버는, 제1 용량의 제1 미터링 챔버 및 제2 용량의 제2 미터링 챔버;를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제1 미터링 챔버와 상기 제2 미터링 챔버는, 상기 보조 부재의 길이 방향으로 중첩되지 않을 수 있다.
또한, 상기 제1 미터링 챔버와 상기 제2 미터링 챔버에 유입되는 시료는 동일할 수 있다.
그리고, 상기 제1 미터링 챔버와 상기 제2 미터링 챔버는, 상기 보조 부재의 길이 방향으로 적어도 일부 영역이 중첩될 수 있다.
또한, 상기 제1 미터링 챔버에 유입되는 시료와 상기 제2 미터링 챔버에 유입되는 시료는 서로 다를 수 있다.
그리고, 상기 제1 용량과 상기 제2 용량은 서로 다를 수 있다.
또한, 상기 보조 부재와 연결되어 있으면서 외부로부터 상기 시료가 유입되는 유입부;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 유입부는 테이퍼진 형상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 본체는, 상기 일정량의 시료와 반응하는 반응 부재;를 포함할 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 카트리지용 보조 장치는, 일정량의 시료를 수용할 수 있는 미터링 챔버; 및 상기 미터링 챔버에서 넘친 잔량의 시료를 수용할 수 있는 잔여 챔버;를 포함한다.
도 1은 일 실시예에 따른 분석용 카트리지의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 보조 부재에 대한 구체적인 도면이다.
도 3은 도 1의 본체에 대한 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 본체에 내장될 수 있는 스트립을 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 일 실시예에 따른 시료가 미터링 챔버를 채우는 과정을 설명하는 참조도면이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 분석용 카트리지를 나타내는 도면이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 분석용 카트리지를 도시한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 밸브가 보조 부재를 통과하는 구조를 도시한 도면이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 병렬적으로 배열된 복수 개의 미터링 챔버를 도시한 도면이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 복수 개의 미터링 챔버가 직렬적으로 배열된 구조를 도시한 도면이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 반응 부재가 일체화된 본체를 포함하는 분석용 카트리지를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
일 실시예에 따른 분석할 수 있는 시료는 분석 대상인 타겟 물질을 포함하거나 포함하지 않는 액체 또는 액체와 유사한 유동성이 있는 물질일 수 있다. 분석용 스트립에 유입되는 시료는 시료의 특징을 변형 또는 변경하기 위한 전처리를 수반하거나, 또는 소스로부터 직접 얻어진 물질일 수 있다.
상기한 시료의 소스는 혈액, 간질액 (interstitial fluid), 타액 (saliva), 수정체 분비물 (ocularlens fluid), 뇌척수액 (cerebral spinal fluid), 땀 (sweat), 소변 (urine), 복수 (ascites fluid), 라우코우스 (raucous), 활액 (synovial fluid), 복막액 (peritoneal fluid), 질액 (vaginal fluid), 양수(amniotic fluid) 이와 유사한 것을 포함하는 생리적 체액 (physiological fluid)과 같은, 생물학적 소스일 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 시료의 소스는 수질 관리 또는 토양 관리를 위한 환경 시료일 수 있으며, 시료의 종류에 제한을 두지 않는다.
시료에 포함된 타겟 물질은 시료 중의 분석 대상 화합물로, 표적자라고도 한다. 예를 들어, 타겟 물질은 핵산, hsCRP(high sensitivity C-reactive protein), MicroCRP, HbA1c (당화혈색소), microalbumin, PSA(prostate specific antigen), AFP(Alpha-fetoprotein), cTnI (Cardiac Troponin I), PSA(prostate specific antigen), 포도당, CRP(c-reactive protein), 코르티솔(cortisol), DHEA-S(dehydroisoandrosterone sulphate) 등이 있을 수 있으며, 타겟 물질의 종류에 제한을 두지 않는다.
도 1은 일 실시예에 따른 분석용 카트리지(100)의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 보조 부재(110)에 대한 구체적인 도면이며, 도 3은 도 1의 본체(120)에 대한 분해 사시도이고, 도 4는 도 1의 본체(120)에 내장될 수 있는 스트립을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 분석용 카트리지(100)는 외부에서 유입된 시료 중 일정량의 시료와 잔여 시료를 분리하는 보조 부재(110), 보조 부재(110)로부터 일정량의 시료가 유입되는 본체(120) 및 보조 부재(110)로부터 일정량의 시료에 대한 본체(120)로의 유동 여부를 제어하는 밸브(130)를 포함할 수 있다.
보조 부재(110)는 일정량의 시료를 본체(120)에 제공하기 위해 유입된 시료를 일정량의 시료와 잔량의 시료로 분리할 수 있다. 상기한 보조 부재(110)는 본체(120)에 일체화될 수도 있고, 본체(120)와 분리될 수도 있다. 보조 부재(110)가 본체(120)와 분리되는 경우 보조 장치라고도 한다. 도 1에는 보조 부재(110)가 본체(120)와 분리되어 있는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 보조 부재(110)는 본체(120)와 일체화될 수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 보조 부재(110)는 하나의 프레임으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 보조 부재(110)는 보조 부재(110)의 외측을 형성하는 제1 측벽(S1), 보조 부재(110)의 내부 공간을 복수 개의 공간으로 구분짓는 제2 측벽(S2), 보조 부재(110)의 아래측에 배치되며 제1 측벽(S1)과 제2 측벽(S2)을 연결하는 하벽(S3)을 포함할 수 있다.
제1 측벽(S1)은 내부에 제1 중공이 형성되도록 폐곡면일 수 있다. 제1 중공의 일단은 오픈되고, 타단은 하벽(S3)에 의해 닫혀져 있을 수 있다. 제1 측벽(S1) 및 하벽(S3)에 의한 제1 중공은 보조 부재(110)의 잔여 챔버(waste chamber)(220)가 될 수 있다.
제1 중공은 보조 부재(110)의 길이 방향(L)으로 기둥 형상으로 도시되어 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 제1 중공은 테이퍼진 형상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 중공은 일단에서 타단으로 갈수록 단면의 크기가 점진적으로 작아지는 형상일 수도 있고, 일단에서 타단 방향으로 단면의 크기가 점진적으로 커지는 형상일 수도 있다. 또는 제1 중공은 일부 영역은 단면의 크기가 동일하고 나머지 영역은 단면의 크기가 일방향으로 갈수록 작아질 수도 있다.
제1 중공의 단면은 원형으로 도시되어 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 제1 중공의 단면은 다각형(예를 들면, 삼각형, 사각형 등), 원형 또는 타원형일 수 도 있다.
제2 측벽(S2)은 내부에 제2 중공이 형성되도록 폐곡면일 수 있다. 제2 중공의 일단은 오픈되고 타단은 후술하는 밸브(130)에 의해 닫혀지거나 오픈될 수 있다. 제2 측벽(S2) 및 밸브(130)에 의한 제2 중공의 적어도 일부 영역은 미터링 챔버(metering chamber)(210)가 될 수 있다.
제2 중공은 보조 부재(110)의 길이 방향(L)으로 기둥 형상으로 도시되어 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 제2 중공은 테이퍼진 형상을 포함할 수 있다. 또는 제2 중공은 일부 영역은 단면의 크기가 동일하고 나머지 영역은 단면의 크기가 일방향으로 갈수록 작아질 수도 있다. 제2 중공의 단면은 원형으로 도시되어 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 제2 중공의 단면은 다각형(예를 들면, 삼각형, 사각형 등), 원형 또는 타원형일 수 도 있다.
제2 측벽(S2)의 높이는 제1 측벽(S1)의 높이 이하일 수 있다. 도면에는 제2 측벽(S2)의 높이가 제1 측벽(S1)의 높이보다 작게 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제2 측벽(S2)의 높이는 제1 측벽(S1)의 높이와 같을 수도 있고, 제1 측벽(S1)의 높이보다 작을 수도 있다.
그리하여, 보조 부재(110)는 일정량의 시료를 수용할 수 있는 미터링 챔버(210)와 미터링 챔버(210)에서 넘친 잔량의 시료를 수용할 수 있는 잔여 챔버(220)를 포함할 수 있다. 미터링 챔버(210)와 잔여 챔버(220)는 제2 측벽(S2)에 의해 구분될 수 있다. 도면에는 미터링 챔버(210)가 잔여 챔버(220)에 의해 둘러싸인 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 잔여 챔버(220)와 미터링 챔버(210)가 순차적으로 배열될 수도 있다.
분석용 카트리지(100)는 미터링 챔버(210)와 본체(120) 사이에 배치되며, 시료가 미터링 챔버(210)에서 본체(120)로의 유입 여부를 제어하는 밸브(130)를 더 포함할 수 있다. 밸브(130)는 제2 중공을 차단하는 차단부(131)를 포함할 수 있다. 차단부(131) 및 제2 측벽(S2)에 의해 미터링 챔버(210)의 용량이 결정될 수 있다. 차단부(131)의 단면 크기는 제2 중공의 단면 크기보다 클 수 있다.
또한, 밸브(130)는 차단부(131)와 연결되어 있으면서 분석용 카트리지(100)의 외부로 돌출된 돌출부(132)를 더 포함할 수 있다. 사용자는 돌출부(132)를 파지한 상태에서 보조 부재(110)의 길이 방향(L)을 가로지는 방향으로 잡아 당김으로써 차단부(131)가 제2 중공을 오픈시킬 수 있다. 예를 들어, 사용자는 돌출부(132)를 파지한 상태에서 보조 부재(110)의 길이 방향(L)과 수직한 방향으로 돌출부(132)를 잡아당길 수 있다. 그러면, 차단부(131)도 보조 부재(110)의 길이 방향(L)과 수직한 방향으로 이동하면서 제2 중공을 오픈시킬 수 있다. 그리하여, 시료는 미터링 챔버(210)에서 본체(120)로 유동할 수 있다.
상기한 밸브는 미터링 챔버(210)에 수용된 시료가 본체로의 유동 여부를 제거할 뿐만 아니라, 밸브는 본체(120)의 개구(421)이 공기 및 외부 물질에 노출되는 것을 차단하는 기능도 한다.
도면에는 밸브(130)가 보조 부재(110)의 하벽(S3)상에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 밸브(130)는 프레임의 제1 측벽(S1) 및 제2 측벽(S2)의 일부를 관통하면서 배치될 수도 있다.
사용자는 밸브(130)을 잡아당김으로써 수동으로 미터링 챔버(210)을 오픈시킬 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 밸브(130)는 자동으로 동작할 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본체(120)는 시료와 반응하는 반응 부재(300), 내부에 반응 부재(300)를 수용하는 제1 하우징(410) 및 제1 하우징(410)의 상단을 덮는 제2 하우징(420)을 포함할 수 있다.
제1 하우징(410)은 반응 부재(300)를 수용하는 스트립 수용부(411) 및 제2 하우징(420)과 결합하는 제1 결합부(412)를 포함할 수 있다. 스트립 수용부(411)는 제1 하우징(410)으로부터 돌출된 복수 개의 가이드(413)를 포함할 수 있다. 상기한 가이드들(413)은 반응 부재(300)가 일정한 위치에 위치하도록 할 뿐만 아니라, 반응 부재(300)가 흔들리는 것을 방지할 수 있다. 제1 결합부(412)는 제2 하우징(420)에 배치된 제2 결합부(미도시)와 서로 결합하여 제2 하우징(420)이 제1 하우징(410)에 서로 맞물려 닫히게 된다.
제2 하우징(420)에는 미터링 챔버(210)로부터 시료가 유입될 수 있는 개구(421) 및 반응 부재(300)에서 발생된 반응 결과를 측정 또는 확인할 수 있는 측정창(422)을 포함할 수 있다.
개구(422)는 제2 하우징(420)이 제1 하우징(410)과 결합할 때 미터링 챔버(210)과 대응되는 위치에 위치할 수 있다. 개구(422)의 단면 크기는 미터링 챔버(210)의 단면 크기 이상일 수 있다. 개구(422)의 단면 형상도 미터링 챔버(210)의 단면 형상에 의존할 수 있다. 개구(422)는 원형의 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 다각형의 형상으로 형성되는 것도 가능하다.
측정창(422)은 반응 부재(300)의 반응 결과가 노출되는 창이다. 그리하여, 사용자는 측정창(422)을 통해 반응 부재(300)의 반응 결과를 확인할 수 있다. 측정창(422)은 타원형으로 도시되어 있으나 이에 한정되지 않고, 다각형의 형상 등으로 형성되는 것도 가능하다.
제1 하우징(410) 및 제2 하우징(420)의 형상은 반응 부재(300)의 형상에 대응할 수 있다. 예를 들어, 반응 부재(300)가 다각형 형상인 경우 제1 및 제2 하우징(210, 220)도 다각형 형상일 수 있고, 반응 부재(300)가 원형 형상인 경우 제1 및 제2 하우징(210, 220)도 원형 형상일 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 제1 및 제2 하우징(210, 220)의 형상은 반응 부재(300)의 형상과 무관한 형상일 수도 있다.
분석용 카트리지의 보조 부재(110), 본체(120)의 제1 하우징(410)과 제2 하우징(420), 밸브(130)은 화학적으로 안정한 합성수지 및 이들의 조합으로 만들어질 수 있다. 예를 들면 제보조 부재(110) 및 밸브(130)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이드, 폴리아미드, 폴리에스터, 폴리염화비닐, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리염화비닐리덴, 폴리테트라플루오르메틸린, 폴리에테르이미드와 같은 열경화성 및 열가소성의 다양한 플라스틱 및 이들의 조합을 사용하여 공지된 성형방법을 이용하여 제조될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 카트리지(100)의 목적에 적합한 재질이면 어느 것이나 가능하다.
반응 부재(300)는 면역크로마토그래피(immunochromatography)법을 이용하여 시료를 분석할 수 있는 스트립 형태일 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 반응 부재(300)는 베이스 부재(310) 및 상기한 베이스 부재(310)상에 제1 방향, 예를 들어, 길이 방향(L)으로 순차적으로 배열된 로딩 패드(320), 접합 패드(330), 멤브레인(340), 흡수 패드(350)를 포함할 수 있다. 여기서 스트립이란 시트로부터 필요한 폭으로 절단된 재료편을 의미할 수 있다. 개구(421)를 통해 로딩 패드(320)에 시료가 유입되면, 모세관 현상으로 시료의 흐름(flow)이 시작된다. 그리하여, 시료는 접합 패드(330), 멤브레인(340)을 따라 이동하고 흡수 패드(350)에 흡수되어 이동이 종료될 수 있다.
특히, 접합 패드(330)에는 시료내 타겟 물질과 결합될 수 있는 접합체가 함침되어 있을 수 있다. 접합체는 타겟 물질에 특이적으로 부착되는 탐지자 (예를 들어, 2차 항체; detection antibody)와 발색 입자를 포함할 수 있다. 접합체에서 탐지자와 발색 입자는 서로 접합(conjugate)된 형태로 결합되어 있을 수 있다. 로딩 패드(320)로부터 유입된 시료는 접합 패드(330)로 확산되면서 시료내 타겟 물질이 접합체내 탐지자와 결합함으로써 제1 복합체가 형성될 수 있다.
멤브레인(340)은 타겟 물질을 검출하는 검사 영역(360)(test region)과 접합체를 검출하는 대조 영역(370)(control region)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 검사 영역(360)에는 시료 내 타겟 물질에 특이적으로 부착 결합되는 복수 개의 제1 포획자(예를 들어, 1차 항체; capture antibody)가 고정된 상태로 배치될 수 있고, 대조 영역(370)에는 접합체의 탐지자와 특이적으로 결합되는 복수 개의 제2 포획자가 고정된 상태로 배치될 수 있다. 검사 영역(360)과 대조 영역(370)은 멤브레인(340)의 길이 방향(L)을 가로지르는 라인 형상으로 형성될 수 있다. 검사 영역(360)과 대조 영역(370)은 멤브레인(340)의 폭 방향을 관통할 수 있다.
검사 영역(360)에는 스팟(spot) 형태로 고정화된 복수 개의 제1 포획자가 멤브레인(340)의 일정 구간에 걸쳐 배열될 수 있다. 복수 개의 제1 포획자는 1차원 또는 2차원으로 배열되어 형성될 수 있다.
접합 패드(330)로부터 유입된 시료는 모세관 흐름(capillary flow)에 의해 멤브레인(340)을 따라 길이 방향(L)으로 이동되면서 검사 영역(360)의 제1 포획자와 선택적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 시료내 타겟 물질은 접합 패드(330)에서 항원-항체 반응을 통해 접합체와 결합하여 제1 복합체가 되고, 접합 패드(330)에서 형성된 제1 복합체가 검사 영역(360)에서 제1 포획자와 결합되어 샌드위치 분석(sandwich assay) 원리에 의해 제2 복합체가 될 수 있다. 그리고, 제2 복합체가 검사 영역(360)에 고정될 수 있다. 상기 제1 복합체의 제1 발색 입자에 의해 제1 포획자(120)가 발색된다. 발색된 제1 포획자의 수는 시료 내 타겟 물질의 농도와 비례할 수 있다. 그리하여, 발색된 제1 포획자의 밀도를 측정함으로써 시료에 대한 분석이 가능하다.
특히, 시료에 대한 정량 분석을 위해서는 반응 부재(300)에 유입되는 시료의 양에 대한 정보가 필요하다. 반응 부재(300)에 유입되는 시료의 양을 측정함으로써 시료에 대한 정보를 획득할 수 있다. 또는 반응 부재(300)에 유입되는 시료의 양을 일정하게 할 수 있다. 일 실시예에 따른 분석용 카트리지(100)는 미터링 챔버(210)를 포함한 보조 부재(110)를 포함하기 때문에 본체(120)에 일정량의 시료가 유입되게 할 수 있다.
미터링 챔버(210)의 용량은 정량분석하고자 하는 시료의 양에 의해 결정될 수 있다. 잔여 챔버(220)의 용량은 보조 부재(110)에 인가되는 시료의 양에 의해 결정될 수 있다. 일반적으로 잔여 챔버(220)의 용량은 미터링 챔버(210)의 용량보다 클 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 잔여 챔버(220)의 용량은 미터링 챔버(210)의 용량보다 작거나 같을 수도 있다.
예를 들어, 정량 분석하고자 하는 시료의 양이 약 100㎛이고, 보조 부재(110)에 인가될 수 있는 시료의 양이 약 300㎛인 경우, 미터링 챔버(210)의 용량은 약 100㎛이고 잔여 챔버(220)의 용량은 약 250㎛이상일 수 있다. 또는 정량 분석하고자 하는 시료의 양이 약 100㎛이고, 보조 부재(110)에 인가될 수 있는 시료의 양이 약 150㎛인 경우, 미터링 챔버(210)의 용량은 약 100㎛이고 잔여 챔버(220)의 용량은 약 50㎛ 내지 약 100㎛일 수도 있다.
도 5a 내지 도 5d는 일 실시예에 따른 시료가 미터링 챔버(210)를 채우는 과정을 설명하는 참조도면이다.
시료(500)는 미터링 챔버(210)에 유입될 수 있다. 시료(500)의 용량이 미터링 챔버(210)의 용량보다 작은 경우, 도 5a에 도시된 바와 같이, 시료(500)는 미터링 챔버(210)에만 채워질 수 있다. 시료(500)가 미터링 챔버(210)에 계속 유입될 수 있다. 시료(500)의 용량이 미터링 챔버(210)의 용량보다 큰 경우, 도 5b에 도시된 바와 같이, 시료(500)는 표면 장력에 의해 미터링 챔버(210)의 위쪽으로 부풀어 오를 수 있다.
그리고, 시료(500)의 양이 계속 증가하면, 도 5c에 도시된 바와 같이, 미터링 챔버(210)를 채우고 남은 시료는 잔여 챔버(220)로 유입될 수 있다. 시료(500)가 잔여 챔버(220)로 유입됨에 따라 미터링 챔버(210)에 채워진 시료(500)의 표면은 평평해질 수 있다. 따라서, 시료(500)가 보조 부재(110)로 계속 유입된다 하더라도 미터링 챔버(210)를 초과한 시료(520)는 미터링 챔버(210)에 채워지지 않고 잔여 챔버(220)로 유동하기 때문에 보조 부재(110)는 시료(500)를 일정량의 시료(510)와 잔여 시료(520)를 분리할 수 있다.
한편, 사용자는 밸브(130)를 잡아당김으로써 미터링 챔버(210)를 오픈시킬 수 있다. 도 5d에 도시된 바와 같이, 그러면 미터링 챔버(210)에 수용된 일정량의 시료(510)는 본체(120)의 개구(421)를 통해 반응 부재(300)로 유입될 수 있다. 미터링 챔버(210)에 수용된 일정량의 시료(510)만이 본체(120)에 유입될 수 있다. 따라서, 분석용 카트리지(100)의 반응 결과로 시료에 대한 정량 분석이 가능해진다.
도 6은 다른 실시예에 따른 분석용 카트리지(100a)를 나타내는 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 분석용 카트리지(100a)는 보조 부재(110)와 연결되어 있으면서 외부로부터 시료가 유입되는 유입부(140)를 포함할 수 있다. 유입부(140)의 일단은 외부로 노출되어 있고, 유입부(140)의 타단은 보조 부재(110)와 접할 수 있다. 유입부(140)도 유체가 유동할 수 있도록 중공이 형성되어 있다.
유입부(140)는 외부에서 보조 부재(110)로 단면 크기가 달라지는 테이퍼진 형상일 수 있다. 예를 들어, 유입부(140)는 외부에서 보조 부재(110)로 갈수록 단면 크기가 커질 수 있다. 그리하여, 사용자는 타액 등의 시료를 모아서 한꺼번에 유입부(140)로 뱉을 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 유입부(140)는 외부에서 보조 부재(110)로 갈수록 단면 크기가 좁아질 수도 있다. 유입부(140)는 보조 부재(110)와 일체화되어 형성될 수도 있고, 분리될 수도 있다. 유입부도(140)도 화학적으로 안정한 합성수지 및 이들의 조합으로 만들어질 수 있다.
도 7은 다른 실시예에 따른 보조 부재(110)가 포함된 분석용 카트리지(100b)를 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 도 7에 도시된 보조 부재(110a)와 도 1에 도시된 보조 부재(110)를 비교하면, 도 1에 도시된 보조 부재(110)의 제2 측벽(S2)은 폐곡면을 형성하고, 제2 측벽(S2)과 차단부(131)가 미터링 챔버(210)를 형성한다. 반면, 도 7에 도시된 보조 부재(110a)는 제2 측벽(S2)은 폐곡면을 형성하지 않는다. 제2 측벽(S2)의 일단은 제1 측벽(S1)과 접하고, 제2 측벽(S2)의 타단도 제1 측벽(S1)과 접할 수 있다. 그리하여, 제2 측벽(S2), 제1 측벽(S1)의 일부 및 차단부(131)가 미터링 챔버(210)를 형성하고, 제2 측벽(S2), 제1 측벽(S1)의 나머지 및 하벽(S3)이 잔여 챔버(220)를 형성할 수 있다.
제2 측벽(S2)의 적어도 일부 영역의 길이는 제1 측벽(S1)의 길이보다 작을 수 있다. 그리하여, 제2 측벽(S2)상에 채널(230)이 형성될 수 있다. 미터링 챔버(210)를 초과하는 시료는 상기한 채널(230)을 통해 잔여 챔버(220)로 유동할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 밸브(130)가 보조 부재(110)를 통과하는 구조를 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 밸브(130)는 제1 측벽(S1) 및 제2 측벽(S2)의 개구(230)를 통해 제2 중공을 차단할 수 있다. 밸브(130)가 보조 부재(110)내에 배치되기 때문에 제2 중공의 일부 영역이 미터링 챔버(210)가 될 수 있다.
보조 부재(110)는 복수 개의 미터링 챔버(210)가 배열될 수도 있다. 도 9는 다른 실시예에 따른 병렬적으로 배열된 복수 개의 미터링 챔버를 도시한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 보조 부재(110)는 제1 용량의 제1 미터링 챔버(211), 제2 용량의 제2 미터링 챔버(212) 및 잔여 챔버(220)를 포함할 수 있다. 제1 미터링 챔버(211)는 제2 측벽(S2)에 의해 형성된 제2 중공에 대응하고, 제2 미터링 챔버(212)는 제3 측벽(S3)에 의해 형성된 제3 중공에 대응할 수 있다. 그리고, 잔여 챔버(220)는 제1 측벽(S1)에 의해 형성된 제1 중공에서 제2 및 제3 중공을 제외한 공간에 대응할 수 있다. 즉, 잔여 챔버(220)는 제1 및 제2 미터링 챔버(211, 212)를 둘러싸게 배치될 수도 있다.
제1 미터링 챔버(211)와 제2 미터링 챔버(212)의 용량은 분석하고자 하는 타겟 물질의 종류에 따라 달라 질 수 있다. 그리하여 제1 미터링 챔버(211)와 제2 미터링 챔버(212)의 용량을 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다.
도 9에 도시된 제1 및 제2 미터링 챔버(211, 212)는 도 1에 도시된 미터링 챔버(210)와 유사한 형상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제1 및 제2 미터링 챔버(211, 212)는 도 6에 도시된 미터링 챔버(210)와 유사할 수도 있고, 제1 및 제2 미터링 챔버(211, 212) 중 어느 하나는 도 1에 도시된 미터링 챔버(210)와 유사하고, 나머지는 도 6에 도시된 미터링 챔버(210)와 유사할 수도 있다. 복수 개의 미터링 챔버(210) 각각에는 반응 부재(300)가 하나씩 연결될 수 있다.
복수 개의 미터링 챔버(210)에는 한 종류의 시료가 유입될 수 있다. 하나의 시료에는 복수 개의 타겟 물질이 포함될 수 있다. 예를 들어, 혈액이 시료일 경우, 혈액에는 심혈관 질환을 체크하는 TnI(Troponin I) 및 Myoglobin, 당뇨를 체크할 수 있는 포도당, 골다공증 진단이 가능한 CTx(C-terminal telopeptide) 등이 포함될 수 있다.
당뇨를 체크할 수 있는 포도당과 골다공증 진단이 가능한 CTx(C-terminal telopeptide)가 포함될 수 있다. 그리하여, 제1 미터링 챔버(211)에 수용된 시료는 포도당을 검출하는데 이용할 수 있고, 제2 미터링 챔버(212)에 수용된 시료는 CTx를 검출하는데 이용될 수 있다. 물론 복수 개의 미터링 챔버(210)는 하나의 타겟 물질을 분석하는데 이용할 수도 있다. 보조 부재(110)가 복수 개의 미터링 챔버(210)가 구비됨으로써 시료의 반복적 분석에 따른 횟수를 줄일 수도 있다.
도 10은 다른 실시예에 따른 복수 개의 미터링 챔버가 직렬적으로 배열된 구조를 도시한 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 보조 부재(110d)는 보조 부재(110)의 길이 방향(L)(L)으로 순차적으로 배치되는 제1 보조 부재(111) 및 제2 보조 부재(112)를 포함할 수 있다. 제1 보조 부재(111)는 제1 용량의 제1 미터링 챔버(213)와 제1 미터링 챔버(213)를 초과한 잔량의 시료를 수용하는 제1 잔여 챔버(221)를 포함하고, 제2 보조 부재(112)는 제2 용량의 제2 미터링 챔버(214)와 제2 미터링 챔버(214)를 초과한 잔량의 시료를 수용하는 제2 잔여 챔버(222)를 포함할 수 있다. 제2 용량은 제1 용량보다 작을 수 있다.
상기 제1 미터링 챔버(213)의 적어도 일부 영역은, 보조 부재(110d)의 길이 방향(L)으로 제2 미터링 챔버(210)와 중첩될 수 있다. 그리고, 제1 미터링 챔버(213)와 제2 미터리 챔버(214) 사이에 제1 밸브(131)이 배치될 수 있다. 그리하여, 제1 밸브(131)는 제1 미터링 챔버(213)와 제2 미터리 챔버(214) 사이의 시료 유동을 차단할 수도 있고, 오픈시킬 수도 있다. 그리하여, 제1 미터링 챔버(213)가 오픈될 때 제1 미터링 챔버(213)내 시료가 제2 미터링 챔버(214)로 유입될 수 있다. 시료는 제2 미터링 챔버(214)를 채우고 남은 시료는 제2 잔여 챔버(222)로 유동할 수 있다.
제1 미터링 챔버(213)와 제2 미터링 챔버(214)가 직렬적으로 배열됨으로써 시료가 반응 부재(300)에 유입되기 전에 시료를 전처리할 수 있다. 예를 들어, 제1 미터링 챔버(213)에 시료의 전처리를 위한 시약이 놓여져 있을 수 있다. 시료는 제1 미터링 챔버(213)에 유입되어 시약에 의해 전처리된 후, 전처리된 시약 중 일정량이 제2 미터링 챔버(214)로 유입될 수 있다. 그리고, 일정량의 전처리된 시약이 반응 부재(300)로 유입됨으로써 정량 분석의 정밀도를 높일 수 있다. 물론 보조 부재가 하나의 미터링 챔버를 구비한 경우에도 전처리를 위한 시약이 미터링 챔버에 놓여져 있을 수 있다.
도 3에는 본체와 분리될 수 있는 반응 부재가 도시되었다. 그러나, 이에 한정되지 않는다. 반응 부재는 본체와 일체화될 수 있다. 즉, 본체의 일부 영역에 반응 챔버가 배치될 수도 있다.
도 11은 다른 실시예에 따른 반응 부재가 일체화된 본체를 포함하는 분석용 카트리지를 도시한 도면이다. 도 1과 도 11을 비교하면, 본체(120a)는 시료가 유동하는 적어도 하나의 유로(622) 및 시료와 시약이 반응하는 적어도 하나의 반응 챔버(625)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 본체(120a)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 세 개의 판이 접합된 구조로 형성될 수 있다. 세 개의 판은 제1 판(610a), 제2 판(610b) 및 제3 판(610c)으로 나뉠 수 있으며, 제1 판(610a)과 제2 판(610b)은 차광 잉크가 인쇄되어 있을 수 있다. 그리하여, 반응 챔버(625)로 유동 중인 시료를 외부의 빛으로부터 보호하거나 반응 챔버(625)에서의 광학 특성 측정 시의 오류를 방지할 수 있다.
제1 판(610a)과 제2 판(610b)은 필름 형태로 형성될 수 있다. 다만, 제1 판(610a), 제2 판(610b) 및 제3 판(610c)의 두께는 예시에 불과하고 본체(120a)의 두께에 제한을 두지 않는다. 제3 판(610c)에는 개구에 의해 유로(622) 및 반응 챔버(625)가 형성될 수 있다.
제3 판(610c)의 영역 중에서 입구(621c)의 반대측 영역에 반응 챔버(625)가 형성되는바, 일 실시예로서, 제3 판(610c)의 영역 중 반응 챔버(625)에 대응되는 영역을 원형, 사각형 등의 일정 형상으로 제거함으로써 반응 챔버(625)를 형성할 수 있다. 제1 판(610a) 및 제2 판(610b)의 반응 챔버(625)에 대응되는 부분은 뚫려 있지 않으므로 제3 판(610c)에서 일정 영역을 제거하면 유체와 시약을 수용할 수 있는 반응 챔버(625)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 제3 판(610c)에 홀(hole)을 형성하면 그것이 곧 반응 챔버(625)가 될 수 있다. 또는, 제3 판(610c)의 제거된 영역에 미세 저장 용기를 배치하여 반응 챔버(625)로 사용할 수도 있다.
또한, 제1 판(610a) 및 제2 판(610b) 중 반응 챔버(625)에 대응되는 영역을 투명 처리하면 반응 챔버(625) 내에서 일어나는 반응 또는 그 결과물이 쉽게 외부에 노출될 수 있다.
반응 챔버(625)에서는 유체 분석을 위한 다양한 반응이 일어날 수 있는바, 혈액을 유체로 하는 경우에 관한 일 실시예로서, 반응 챔버(625)에 혈액(특히, 혈장)의 특정 성분과 반응하여 발색 또는 변색하는 시약을 반응 챔버에 미리 수용하고 다른 반응 챔버 내에서 발현되는 색을 광학적으로 검출하여 수치화할 수 있다. 상기 수치를 통해 혈액 내의 특정 성분의 존재 여부 또는 특정 성분의 비율 등을 확인할 수 있다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다. 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (15)

  1. 일정량의 시료를 수용할 수 있는 미터링 챔버와 상기 미터링 챔버에서 넘친 잔량의 시료를 수용할 수 있는 잔여 챔버를 포함하는 보조 부재;
    상기 미터링 챔버로부터 상기 일정량의 시료가 내부로 유입될 수 있는 본체; 및
    상기 일정량의 시료에 대한 상기 본체로의 유동 여부를 제어하는 밸브;를 포함하는 분석용 카트리지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 밸브는,
    상기 미터링 챔버와 상기 본체 사이를 차단할 수 있는 차단부;를 포함하는 분석용 카트리지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 차단부는,
    상기 보조 부재의 길이 방향을 가로지르는 방향으로 이동 가능한 분석용 카트리지.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 밸브는,
    상기 차단부와 연결되어 있으면서 상기 분석용 카트리지의 외부로 돌출된 돌출부;를 더 포함하는 분석용 카트리지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 밸브는,
    상기 보조 부재와 상기 본체 사이에 배치되는 분석용 카트리지.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 미터링 챔버의 용량은 상기 잔여 챔버의 용량 이하인 분석용 카트리지.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 미터링 챔버와 상기 잔여 챔버는,
    상기 보조 부재의 길이 방향으로 중첩되지 않는 분석용 카트리지.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 보조 부재는
    상기 보조 부재의 외벽을 형성하는 제1 측벽; 및
    상기 미터링 챔버와 상기 잔여 챔버를 구획짓는 제2 측벽;을 포함하는 분석용 카트리지.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 미터링 챔버는,
    상기 잔여 챔버에 의해 둘러싸인 분석용 카트리지.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 미터링 챔버는,
    제1 용량의 제1 미터링 챔버 및 제2 용량의 제2 미터링 챔버;를 포함하는 분석용 카트리지.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제1 미터링 챔버와 상기 제2 미터링 챔버는,
    상기 보조 부재의 길이 방향으로 중첩되지 않는 분석용 카트리지.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제1 미터링 챔버와 상기 제2 미터링 챔버는,
    상기 보조 부재의 길이 방향으로 적어도 일부 영역이 중첩되는 분석용 카트리지.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제1 미터링 챔버에 유입되는 시료와 상기 제2 미터링 챔버에 유입되는 시료는 서로 다른 분석용 카트리지.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 본체는,
    상기 일정량의 시료와 반응하는 반응 부재;를 포함하는 분석용 카트리지.
  15. 일정량의 시료를 수용할 수 있는 미터링 챔버; 및
    상기 미터링 챔버에서 넘친 잔량의 시료를 수용할 수 있는 잔여 챔버;를 포함하는 카트리지용 보조 장치.
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