WO2020027470A1 - 자동화된 액상 면역반응 분석 장치 및 그 방법 - Google Patents

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WO2020027470A1
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주후돈
김형훈
조주현
임욱빈
오영진
임윤태
정지운
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바디텍메드(주)
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Definitions

  • the present invention relates to an analytical system or apparatus for detecting a specific component included in a biological sample through an Enzyme Linked Immuno Sorbent Assay (ELISA) liquid phase immunoassay, and a method thereof.
  • ELISA Enzyme Linked Immuno Sorbent Assay
  • EIA Enzyme Immuno Assay
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 10-2012-0027359 (published: March 21, 2012)
  • Patent Document 2 Korean Patent Publication No. 10-2016-0000001 (Published: January 04, 2016)
  • Patent Document 3 Korean Patent Publication No. 10-2018-0079150 (Published: July 10, 2018)
  • the present invention is a device optimized for a plurality of samples, the reaction of the sample and the reagent using a liquid-based enzyme-linked immunoassay, the purification / purification of the reaction result and the integrated performance of the detection / reading / analysis of the reaction result Or to provide a system and method.
  • the magnetic tip is inserted into the sample solution containing the magnetic beads in the magnetic tip is inserted into the sample solution containing the magnetic beads in the sample solution on the surface of the cleaning tip Collecting the magnetic beads by moving the cleaning tips collected on the surface of the magnetic beads into the cleaning solution and injecting them into the cleaning solution; driving the drive motor connected to the magnetic beams to move the magnetic beams upward and the cleaning tips; Moving up and down several times to disperse the magnetic beads trapped in the cleaning tip in the cleaning solution; and inserting the magnetic beam into the cleaning tip to collect the magnetic beads in the cleaning solution. Side.
  • a remover plate having a remover hole having a depression formed under the straw arm equipped with a cleaning tip passing the straw arm equipped with the cleaning tip through the remover hole; Disposing the recess of the remover plate above the top of the cleaning tip, and moving the straw arm up relative to the remover plate to separate the cleaning tip from the straw arm.
  • moving the magnetic beads from which the impurities have been removed to the detection chamber arranging an optical reader below the detection chamber, and the optical reader performing optical inspection on a sample in the detection chamber. It further comprises a step.
  • placing a standard block above the optical reader, the optical reader performing an optical inspection on the fluorescence measurement standard material in the standard block, and the optical inspection result of the standard material in the detection chamber Comparing with the optical test results for the sample of the further comprises.
  • the method may further include dispensing a sample into the reaction chamber by applying a discharge force to the tip.
  • the method further comprises incubating the sample by maintaining the sample dispensed in the reaction chamber at a constant temperature.
  • the dispensing operation is performed on the sample of the first cuvette among the plurality of cuvettes, the first reaction step of starting the incubation, and the dispensing operation on the sample of the second cuvette among the plurality of cuvettes And a second reaction step of starting incubation, and a first washing step of performing a washing operation on the sample of the first cuvette.
  • the dispensing tip used for dispensing the sample in the first cuvette from the collecting arm, and dispensing the sample in the second cuvette in the collecting arm.
  • dispensing a dispensing tip for use in dispensing the sample in the second cuvette from the harvesting arm after the second reaction step; Mounting a cleaning tip for use in cleaning the sample in the first cuvette.
  • the present invention is an automated liquid immune response analysis device, which can be fixed to the washing tip at the bottom, the straw arm having a hollow penetrating up and down inside, and located in the hollow of the straw arm to move up and down Other magnetic beams, a moving body to which the straw arm is fixed, a moving body driver to move the moving body, a drive motor to move the magnetic beam, and a control unit to control the moving body driving part. It is done.
  • the magnetic beam has a permanent magnet at the bottom.
  • the dispensing tip can be fixed to the lower portion, and has a hollow penetrating up and down therein, the collecting arm fixed to the movable body, and connected to the hollow of the collecting arm, and has a suction force or doubled to the dispensing tip. It further includes a pump unit capable of providing an output.
  • a punching arm having a punching tip at the bottom and fixed to the movable body, wherein a length from the movable body to the bottom of the punching arm is longer than a length to the bottom of the straw arm.
  • the apparatus further includes a remover plate having a remover hole in which a depression is formed, wherein the remover hole is wider than an area of an upper end of the cleaning tip.
  • the apparatus further includes a holder having a slot-type mounting channel for mounting one or more cuvettes and an inspection hole penetrated in the vertical direction, and a holder driving unit for adjusting the position of the holder.
  • the holder includes a hot plate at the bottom for maintaining the cuvette at a constant temperature.
  • the apparatus further includes an optical reader having a light source, a detector, a beam splitter, and a lens, and a reader driver capable of moving the position of the optical reader in accordance with an inspection hole of the holder.
  • an optical reader having a light source, a detector, a beam splitter, and a lens, and a reader driver capable of moving the position of the optical reader in accordance with an inspection hole of the holder.
  • the holder comprises a standard block having optical holes penetrated in the vertical direction and capable of mounting a fluorescence measurement standard material.
  • the dispensing and reaction of the sample and reagent, and the purification of the reaction product through the cleaning module using magnetic beads (purification) is performed integrally, the liquid sample Using the optical system, the reaction product can be detected and read with high sensitivity and high specificity compared to the existing methods.
  • the inspection for the detection and reading / analysis of the reaction product is carried out accurately and quickly under one integrated system, thereby reducing the inspection time, accuracy of the inspection and The reproducibility can be improved, as well as the steps and costs involved in the inspection.
  • the automated liquid immunoassay device has a holder having a plurality of mounting channels such that a plurality of cuvettes are coupled to one holder, and multiple diagnosis and analysis can be performed simultaneously in one system. Therefore, various tests and diagnosis / analysis are performed quickly for accurate diagnosis at the place for examination and treatment, thereby saving time, cost and manpower.
  • the housing included in the automated liquid immunoassay device according to the present invention can block the inflow of foreign substances to perform a more accurate sample test.
  • the optical reader is provided on the left and right movement paths of the cuvet together with the driving unit providing up and down and left and right movement force, the sample inspection can be performed quickly and simply.
  • the pump unit included in the automated liquid immunoassay device according to the present invention through the dispensing tip can accurately control the amount of the sample, reagent or reaction product upon inhalation or discharge.
  • the front and rear drive unit of the pulley-belt type included in the automated liquid immunoassay device according to the present invention can prevent the vibration and foreign substances due to friction generated when moving left and right, unlike the gear type can be more accurate inspection.
  • the arm unit provided in the automated liquid immunofluorescence spectrometer according to the present invention the punching arm, the collecting arm, the straw arm is provided with an integrated module integrally consists of pump dispenser (pump dispenser), puncher drive, cleaning And when the dispensing tip and the cleaning tip is separated, it is possible to control the position of the up and down direction with one drive motor. Therefore, unlike when each module is separately configured with each drive motor, the size can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
  • the apparatus according to the present invention when a plurality of cuvettes is used, a set of dispensing tips and cleaning tips can be used without having to replace the tip in the middle of the reaction for each cuvette, the tip is easy to remove by Can be removed.
  • the device according to the present invention can include a standard block, to reduce the deviation of the signal value between the devices.
  • FIG. 1 is a photograph of the appearance of a device actually manufactured according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a schematic diagram showing the process of the sandwich immune response using the magnetic beads used in the device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a schematic diagram showing the process of the competitive immune response using the magnetic beads used in the device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing the structure of a cuvette used in the apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing the dispensing tip and the washing tip used in conjunction with the cuvette used in the apparatus according to an embodiment of the present invention, respectively.
  • FIG. 6 is a view showing a form of a cuvette equipped with a dispensing tip and a washing tip used in the apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing the appearance of the apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 10 and 11 is a view showing a cuvette mounted in the holder and the holder of the device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a structure of a remover module of an apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a rear view of the inside of the apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 14a and 14b is a view showing the structure of the dispenser module in an automated liquid immunoassay device according to an embodiment of the present invention.
  • 15A is a block diagram illustrating a schematic structure of a dispenser module in an automated liquid immunoassay device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 15b is an enlarged view showing in detail the cleaning tip portion of the dispenser module in an automated liquid immunoassay device according to another embodiment of the present invention.
  • 16A and 16B are diagrams of a fluorescence optical system and a chemiluminescent optical system, respectively, which may be employed in an apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 17 is a flow chart showing the overall flow of the automated liquid immunoassay method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating a washing process of an automated liquid immunoassay method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a flowchart illustrating an optical inspection process using a standard block of the automated liquid immunoassay method according to an embodiment of the present invention.
  • 20 is a flowchart showing in detail the sample dispensing of the automated liquid immunoassay method according to an embodiment of the present invention.
  • 21 is a timing diagram showing the operation of each cuvette in the case of including three cuvettes in the automated liquid immunoassay method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 are photographs showing the effect of permanent magnets on a sample containing magnetic beads used in the automated liquid immunoassay method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a graph showing the magnetic field strength of the permanent magnet used in the automated liquid immunoassay method according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 24 is a photograph showing the position of the cleaning tip used in the automated liquid immunoassay method according to an embodiment of the present invention.
  • spatially relative terms “bottom”, “back”, “top”, “top”, etc., as shown in the figures, facilitate the correlation of one element or component with another element or components.
  • Spatially relative terms are to be understood as terms that include different directions of the device in use or operation in addition to the directions shown in the figures.
  • a member described as “below” or “below” of another member When inverted, a member described as “below” or “below” of another member may be placed “above” of the other member.
  • the exemplary term “below” shall encompass both the direction of the up and down.
  • the member may be oriented in other directions, and thus spatially relative terms may be interpreted according to the orientation, eg "left and right directions” may also be interpreted as “up and down directions”. It was does not like.
  • the spatially relative term herein refers to the orientation when looking at the front of the device according to the invention.
  • detection is used to purify the reaction product or the reaction product after the reaction of the reagent and the sample, in order to determine the presence or the amount of the analyte contained in the sample to be described later, or to quantify the analyte contained therein or By qualitative analysis, the detection result is read in an automated liquid immunoassay device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • test is used as a term encompassing all detection, analysis and reading.
  • sample refers to a composition that is expected to include an analyte, and a sample that can be used in the present invention is a liquid phase or a fluid similar to liquid.
  • the sample used in the embodiment of the present invention is a biological sample, and may be a body-derived body component such as whole blood, plasma, serum, urine, saliva, manure and cell extract.
  • analyte is a compound to be analyzed in a sample, also referred to as a target, or indicator, and includes, but is not limited to, nucleic acid substances such as protein components or genes, such as antigens.
  • a "reagent” is a substance used in admixture with a sample for quantitative or qualitative analysis of an analyte contained in a sample, and varies according to a specific analyte, for example, a reaction buffer or a buffer, a dilution buffer, and a detection. It may include, but is not limited to, certain antibodies, enzymes or substrates that react with buffers, wash buffers, or various substances in a sample, such as antigens, and the like.
  • FIG. 1 shows the appearance of a device 1 fabricated in one embodiment according to the invention.
  • Automated liquid immunoassay device 1 is an immunoassay (ELISA) based reaction based on the specific binding between the antigen / antibody, for example, through the reaction as shown in Figures 2 and 3
  • the present invention relates to an apparatus optimized for physical washing that detects a specific component or analyte contained in a sample or the like, as well as separating an unreacted substance from a reaction product using magnetic beads before detection of the analyte.
  • Sandwich immunoassay refers to a type of sandwich reaction in which a capture antibody and a detector antibody are bonded to each other, and chemically binds an enzyme to the detector antibody to induce a quantitative reaction with a substrate.
  • the capture antibody is chemically or physically bound to the magnetic beads, and the detector antibody uses a conjugate bound to the enzyme.
  • the sandwich reaction using the magnetic beads can be largely divided into two types.
  • the sandwich reaction is divided into one step or two step reactions depending on how many steps the washing is performed.
  • the sample and the capture antibody are first reacted, washed, and then the method of reacting the detector antibody is called a two step reaction, and the method of simultaneously reacting the capture antibody and the detector antibody without distinction is called a one step reaction (FIG. 2).
  • the competition assay which is widely used to detect small amounts of protein molecules, is also divided into two methods. Depending on the conjugation of competition proteins or antibodies to the magnetic beads, it is divided into indirect competition or direct competition, and is divided into one-step and two-step responses according to the stage of the immune response. For example, FIG. 3 shows one form of indirect competition and direct competition among competition reactions.
  • a fluorescence signal is used for detection of the reaction product.
  • enzyme-substrate reactions such as Alkaline phosphatase (ALP) and 4-Methylumbelliferyl phosphate (MUP) are used.
  • ALP a type of enzyme, is a representative enzyme that causes dephosphorylation.
  • 4-MUP reacts with ALP, and dephosphorylation proceeds irreversibly by enzymatic hydrolysis.
  • the resulting 4-MU (4-Methylumbelliferone) is excited at 360 nm and emits 450 nm. This signal is detected and used to determine the concentration of the analyte in the sample.
  • colorimetric methods are used for detection of the reaction product.
  • Color change analysis detects changes in the visible color at which the reaction product absorbs light at a particular visible wavelength, and the signal of the reaction product is used to detect absorbance and determine the concentration of the analyte in the sample. .
  • Examples of representative enzymes and substrates are, for example, peroxidase and its substrates TMB (3,3 ', 5,5' tetramethylbenzidine), DAB (3,3 ', 4,4' diaminobenzidine) and 4CN (4-chloro -1-naphthol), ABTS (2,2'-azinodi [3-ethyl-benzthiazoline] sulfonate, and OPD (o-phenylenediamine), including but not limited to, for example, using TMB as a substrate.
  • TMB peroxidase and its substrates
  • DAB 3,5' tetramethylbenzidine
  • DAB 3,5,3 ', 4,4' diaminobenzidine
  • 4CN 4-chloro -1-naphthol
  • ABTS 2,2'-azinodi [3-ethyl-benzthiazoline] sulfonate
  • OPD o-phenylenediamine
  • ABTS can be produced with blue green color, which can be detected with light of 405-410 nm
  • ALP and its substrate BCIP.
  • NBT 5-bromo-4-chloro-3-indolylphosphate / nitroblue tetrazolium
  • p-NPP p-nitro-phenylphosphate
  • chemiluminescent is used for detection of the reaction product.
  • Chemiluminescence is light emitted as the excitation electrons generated by the chemical reaction return to the ground state. No light source is required, measured in relative light units per hour relative light unit (RLU) and used to determine the concentration of the analyte in the sample.
  • RLU relative light units per hour relative light unit
  • enzymes and substrates include, for example, luminol, polyphenols (including, for example, pyrogallol, perperogallin, gallic acid, and umbeliferon, etc.) and acridine esters or luciferin as peroxidases and substrates thereof. (If used, referred to as bioluminescence), but is not limited thereto.
  • enzymes and substrates include, but are not limited to, ALP and AMPPD (3- (2'-spiroadamantyl) -4-methoxy-4- (3 "-phosphoryloxy) -phenyl-1,2-dioxetane). It is not.
  • Such assays in particular require the detection of high sensitivity with high specificity, which requires the removal of non-specific or un-reactants. That is, after the reaction of the reagent and the sample in the inspection process, in order to accurately detect the reaction product, purification or purification of the reaction product is required, and the device according to the present invention is optimized for effective removal of such unreacted material.
  • the device according to an embodiment of the present invention is to remove the non-reactant through physical washing using magnetic, and then only the result of the specific reaction is separated and concentrated in the form of magnetic beads using a permanent magnet, the reaction product
  • the device is optimized for selectively binding an enzyme-attached detector and finally reacting the enzyme with a substrate to detect a signal from the reaction product.
  • the reaction as used in the device according to one embodiment of the invention is carried out in a liquid state in a cuvette mounted on the device.
  • the apparatus according to an embodiment of the present invention is optimized for the performance of the optimized reaction step in consideration of the characteristics of the various parameters performed in the reaction for the performance of the reaction in the cuvette and the detection of the reaction product.
  • FIG 4 is a view showing the structure of the cuvette 10 used in the automated liquid immunoassay device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is an automated liquid immunoassay device according to an embodiment of the present invention The dispensing tip 20 and the washing tip 30 used are respectively shown
  • Figure 6 is a dispensing tip 20 to the cuvette 10 used in the automated liquid immunoassay device according to an embodiment of the present invention
  • magnetic or cleaning tip 30 is a view showing a state mounted.
  • the cuvette 10 used in the automated liquid immunoassay device 1 is used for a reaction for detecting an analyte contained in a sample. Is carried out and the reaction output is produced and the reaction output is washed.
  • the cuvette 10 used in the automated liquid immunoassay device 1 may have a long shape extending in the front-back direction, as shown in FIGS. 4 and 6.
  • the cuvette 10 may include one or more fitting holes and a plurality of chambers. Such chambers may also be referred to as wells.
  • the fitting hole is a place where the cleaning tip 30 and the dispensing tip 20 as described in FIG. 5 are inserted and waited until the inspection starts or during the inspection process, and the cleaning tip fitting hole 21 and the dispensing tip fitting hole are provided. 31 are provided respectively.
  • the chamber may include a sample filling chamber 12, buffer and dilution chambers 13a, 13b, 13c and 13d, a reaction chamber 14, a cleaning chamber 15, and a detection chamber 16 in this order. Can be.
  • a cleaning tip fitting hole 21 and a dispensing tip fitting hole 31 are provided next to the sample filling chamber 12 in the chamber as shown in FIGS. 4 and 6, followed by a buffer and dilution chamber. 13a, 13b, 13c, and 13d, the reaction chamber 14, the cleaning chamber 15, and the detection chamber 16 may be sequentially included.
  • the chamber may be sealed by a predetermined sealing film (not shown) to prevent denaturation or contamination of reagents.
  • the sample filling chamber 12 is provided to fill various samples, for example, biological samples to be analyzed, and as described above, the front or rear of the cleaning tip fitting hole 21 and the dispensing tip fitting hole 31. Can be formed on.
  • the buffer also referred to as a buffer
  • the dilution chambers 13a, 13b, 13c and 13d are filled with magnetic bead (MB) buffer, detection buffer, and sample dilution buffer necessary for the reaction (13a, 13b, 13c),
  • MB magnetic bead
  • the sample filling chamber 12 or the cleaning tip fitting hole 21 and the dispensing tip fitting hole 31 are provided in the above order so as to dilute the sample (13d).
  • the reaction chamber 14 is provided to perform a reaction between the sample and the reagent, and is formed at the rear of the buffer and dilution chamber.
  • the washing chamber 15 may include a plurality of chambers in which a reaction product may be washed after the reaction in the reaction chamber, and in one embodiment of the present invention, the washing chamber 15 includes three pieces 15a, 15b, and 15c. .
  • the detection chamber 16 is a place where detection of a reaction product generated by reacting a sample and a reagent is performed, and is provided to detect the presence of an analyte in the reaction product after washing in the cleaning chamber 15.
  • the detection chamber 16 is formed at the rear of the cleaning chamber 15 and may be configured to have a light transmittance for detecting a fluorescent signal.
  • the cuvette 10 may further include a barcode or a QR code (not shown), which is interlocked with a chip which will be described later inserted into the automated liquid immunoassay device 1 according to the present invention. It is used.
  • the barcode includes, but is not limited to, UPC-A, UPC-E, EAN, Code 3 of 9, Interleaved 2 of 5, Code 128, UCC / EAN-128, Codabar, PostNet, Pharmacode, or PDF-417. Or, but not limited to, 1D barcodes or 2D barcodes.
  • Bar codes or QR codes are codes of the types of analytes according to the types of samples.
  • the cuvette 10 used in the automated liquid immunoassay device 1 is equipped with a dispensing tip 20 and a washing tip 30.
  • the dispensing tip 20 is a disposable microtip (e.g., used in conjunction with a sampling arm 556 described below for dispensing or dispensing reagents between a sample and / or the chambers described above, ie from one chamber to another).
  • a micropipet tip in a volume of 2-1000 ⁇ l for example, a micropipet tip in a volume of 2-1000 ⁇ l.
  • the dispensing tip 20 has a tubular shape, the diameter of the dispensing tip is gradually smaller toward the end thereof, and the end portion thereof may have a pointed shape.
  • Dispensing tip 20 as described above can be used with equipment that does not have a separate reagent supply device and means for cleaning the contamination, the operation of the equipment is simplified.
  • the plurality of cuvettes used in the apparatus is configured to be equipped with a dispensing tip and a washing tip for each cuvette, and can be used separately from the tips used for other cuvettes, Contamination can be prevented.
  • a device for cleaning it should be provided, so the volume is increased by a separate device configuration, and a separate process for cleaning it is necessary. And there is a problem that the inspection cost increases.
  • the dispensing tip 20 is fitted into the dispensing tip fitting hole 21 of the cuvette 10, and when the inspection process starts, the dispensing tip 20 is fastened to a sampling arm 556 which will be described later, and the chamber together with the pump unit 506. It serves as aspiration or discharge for the distribution or dispensing of samples or reagents in the liver.
  • the dispensing tip used in the first cuvette may be temporarily stored in the fitting hole 21 to perform the reaction in the second or third cuvette while the reaction occurs in the first cuvette. Therefore, without changing the tip in the middle, only one tip can be used in one cuvette until the test is finished, there is an advantage that can reduce the reaction time, while being simple. This is explained in more detail in the course of the operation of the device according to one embodiment of the invention.
  • the cleaning tip 30 is a member having a predetermined height and width and having a tubular shape, and a lower end thereof is sealed, and an injection hole having a predetermined depth and an inner diameter is formed at an upper portion thereof.
  • the cleaning tip 30 is made of a non-magnetic material to transfer the magnetic, and may be made of a flexible material to facilitate fixing to the cleaning arm and detaching from the cleaning arm.
  • the cleaning tip 30 is also inserted into the cleaning tip fitting hole 21 of the cuvette 10, and when the inspection process starts, the cleaning tip 30 is fastened to the straw arm 554 to perform cleaning as described below.
  • Three cuvettes according to one embodiment of the present invention are used, and are optimized to perform three types of analysis.
  • FT4 Free thyroxine
  • Thyroid stimulating hormone Thyroid stimulating hormone
  • T3 triiodothyronine
  • hCG chorionic gonadotropin
  • E3 Estriol
  • AFP Alpha Feto Protein
  • FIG. 7 is a view showing an automated liquid immunoassay device 1 according to an embodiment of the present invention
  • Figures 8 and 9 is a housing in the automated liquid immunoassay device 1 according to an embodiment of the present invention It is a figure which abbreviate
  • the automated liquid immunoassay device 1 is an automated liquid immunoassay device 1 for inserting a cuvette 10 to examine a sample, and includes a housing 100 and a frame 200. ), The cuvette module 300, the optical reading module 400, and the dispenser module 500.
  • the housing 100 forms the entire exterior of the automated liquid immunoassay device 1, and serves to block the inflow of foreign substances into the interior thereof.
  • the housing 100 may be provided with various input units for manipulation and a display unit 110 for output.
  • the housing 100 is provided with an inlet and outlet 120 into which the cuvette 10 is inserted. When the cuvette 10 enters the inside of the housing 100 through the inlet and outlet 120, foreign matters are blocked from entering the chamber included in the cuvette 10 through the housing 100, thereby performing a more accurate sample inspection. can do.
  • the frame 200 may be provided in the housing 100 to fix the cuvette module 300, the optical reading module 400, the dispenser module 500, and the like.
  • the frame 200 may include a lower frame 210, a first side frame 220, a second side frame 230, and a rear frame 240.
  • the lower frame 210 is disposed below the automated liquid immunoassay device 1.
  • the lower frame 210 may have a plate shape having a predetermined area.
  • the first side frame 220 and the second side frame 230 are disposed on the left and right sides of the lower frame 210, respectively, and may be configured to stand at a predetermined height.
  • the first side frame 220 and the second side frame 230 may have guide spaces 222 and 232 for guiding forward and backward displacement of the holder 310, respectively.
  • the rear frame 240 is located at the rear of the device, and may be provided to fix a predetermined control device or the like.
  • 10A, 10B, and 11 are diagrams illustrating a form in which the cuvet 10 is mounted in the holder 310 and the holder 310 of the automated liquid immunoassay device according to an embodiment of the present invention.
  • 12 is a view showing the structure of the remover module 340 in the automated liquid immunoassay device according to an embodiment of the present invention.
  • 13 is a view showing the rear of the inside of the automated liquid immunoassay device according to an embodiment of the present invention.
  • the cuvette module 300 will be described below.
  • the cuvette module 300 is provided in the housing 100 and is a device for moving the cuvette 10 in which the cuvette 10 is accommodated and moved in the front-rear direction.
  • the cuvette module 300 may include a holder 310, a holder driving part 320, a holder guide part 330, and a remover module 340.
  • Holder 310 is a member on which the cuvette 10 can be seated.
  • the holder 310 may be disposed on the lower frame 210 but may be disposed behind the inlet and outlet 120 of the housing 100. Therefore, the cuvet 10 may be pushed into the holder 310 through the inlet and outlet 120.
  • the holder 310 may have a mounting channel 312 in the form of a slot so that one or more of the cuvette 10 may be inserted and mounted.
  • the mounting channel 312 may have a configuration extending in the front-rear direction and open forward.
  • An inspection hole 314 is formed at the rear end of the mounting channel 312.
  • the inspection hole 314 is a portion configured to penetrate in the vertical direction. Therefore, when the cuvette 10 is received and mounted in the mounting channel 312 of the holder 310, the lower portion of the rear part of the holder 310 is exposed downward through the inspection hole 314. Specifically, the lower portion of the detection chamber 16 disposed behind the cuvette 10 may be exposed downward through the inspection hole 314.
  • a plurality of mounting channels 312 may be formed in the holder 310, and a cuvette 10 may be inserted into each of the mounting channels 312, and a plurality of cuvets 10 may be inspected. have.
  • a plurality of the mounting channels 312 may be arranged side by side in parallel to each other in one holder (310).
  • the lower part of the holder 310 includes a hot plate 316 and a hot plate power supply 318. This is to automatically control the cuvette and the reactants contained in the cuvette to maintain a constant temperature during the reaction, which ensures the precision and accuracy of the test, depending on the characteristics of the biological sample sensitive to temperature. .
  • the hot plate 316 heats the holder 310 to convection the cuvette 10 and the cuvette and the samples and reactants contained therein to a constant temperature and maintain a specific temperature by convection.
  • the temperature is automatically controlled by the built-in program.
  • a temperature sensor is employed for automatic control, and in one embodiment of the invention a temperature sensor is used inside the holder, hot plate, and device.
  • the temperature sensor of the device is used for temperature control inside the device because the temperature inside the device affects the optical system.
  • the temperature sensor of the hot plate controls the temperature of the hot plate, and the temperature sensor of the holder measures the temperature of the holder to control the hot plate in a feedback manner.
  • the holder driving unit 320 may adjust the position of the holder.
  • the holder driving unit 320 may be configured as a member for applying a force in the front and rear direction with respect to the holder 310.
  • the holder driving unit 320 may include a movable body 322 to which the holder 310 is fixed, a driving motor, and a predetermined transmission member transferring power of the driving motor to the movable body 322.
  • a servo motor, a step motor, a DC motor, etc. can be used as a drive motor.
  • the holder guide part 330 is provided to guide the front and rear displacement of the holder 310.
  • the holder guide part 330 may be configured to include a predetermined guide rail extending in the front and rear direction, and a predetermined guide part connected to the guide rail to move back and forth along the guide rail and connected to the movable body 322. have.
  • the remover module 340 may be used for dispensing / mixing reagents in another cuvette during the immune response time (incubation) after use of the dispensing tip and washing tip during the immunoassay, or after the reaction has ended in each cuvette. It is a member for removing.
  • the remover module 340 includes a predetermined driving device 342 that can be fixed to the second side frame 230, and a predetermined remover plate 350 that can be displaced by the driving device 342. Can be configured.
  • the driving device 342 and the remover plate 350 may be connected by a predetermined shaft 344.
  • the remover plate 350 is positioned between the holder 310 and the dispenser module 500 as shown in FIG. 8.
  • the remover plate 350 has a plate body 352, and a remover line having three remover holes 354a, 354b, and 355 is formed in the plate body 352.
  • the number of remover lines is formed corresponding to the number of mounting channels 312 formed in the holder 310.
  • the two remover holes 354a and 354b of the remover line are formed in such a manner as to be connected to each other, and are located between the holder 310 and the dispenser module 500 and are described below with punching arms 552 and straw arms, respectively. 554 passes.
  • the take-up arm 556 passes through one remover hole 355 formed alone of the remover line.
  • Each remover hole 354a, 354b, and 355 may have a depression 356 recessed to one side. Accordingly, the dispensing arm 20 with the dispensing tip 20 and the washing tip 30 with the straw arm 554 is located in the corresponding remover holes 354a, 354b, 355.
  • the remover plate 350 is displaced in the horizontal direction to the left so that the 556 is located in the depression 356, wherein a part of the upper end of the dispensing tip 20 is positioned below the depression of the plate.
  • the remover hole 355 is wider than the area of the top of the dispensing tip 20 or the washing tip 30, allowing the harvesting arm with the dispensing tip or the straw arm with the washing tip to pass through the remover hole.
  • the depression 356 is preferably larger than the radius of the harvesting arm or straw arm so that the harvesting arm or straw arm can be seated in the depression.
  • the depression 356 is preferably formed smaller than the area of the top of the dispensing tip or the washing tip so that the top of the dispensing tip or the washing tip can be protruded, but the dispensing tip or the washing tip may be separated from the collecting arm or the straw arm. If possible, the shape is largely irrelevant.
  • the reactions that occur in the cuvette 10 used in the device according to one embodiment of the invention require at least two incubation processes from start to detection.
  • the remover module 340 is provided in an apparatus according to an embodiment of the present invention, as described below. In one cuvette, only one dispensing tip and a washing tip are used, while the other channel 312 is incubated during the incubation time. There is an advantage that can be prepared for reaction in other cuvettes mounted on.
  • the first channel to dispense / mix the reagent to the cuvette provided in the second mounting channel
  • the dispensing tip 20 and the cleaning tip 30 that were used are temporarily stored in the corresponding positions 21 and 32 of the first cuvette, and after the first incubation time has elapsed, the temporary dispensing tip 20 and The cleaning tip 30 can be reused. That is, if the remover module 340 is not present, the dispensing tip 20 or the washing tip 30 once used in the first mounting channel cannot be reused, and after the first incubation has elapsed after being discarded, newly installed to perform the following process.
  • the apparatus may include a standard block 360.
  • the standard block 360 is fixed to the holder 310 and integrally displaces with the holder 310, and may be located behind the holder 310.
  • the standard block 360 may be located behind the inspection hole 314 of at least one of the inspection holes 314.
  • the standard block 360 has a predetermined optical hole 362 penetrated in the vertical direction, the optical hole 362 may be provided with a predetermined optical means that can be optically detected or captured.
  • the standard block 360 comprises optical means.
  • the optical means included in standard block 360 carries a fluorescence measurement standard material having a predetermined fluorescence value.
  • a fluorescence measurement standard material a material having an appropriate excitation and emission wavelength according to the type of fluorescence detected in the reaction product may be used.
  • 4-Methylumbelliferone sodium salt having an excitation wavelength of 360 nm and an emission wavelength of 450 nm is used, but is not limited thereto.
  • the optical means included in standard block 360 carries a absorbance measurement standard material of visible color.
  • the absorbance standard may be selected according to the visible absorbance region detected in the reaction product.
  • a glass plate, a plastic plate, a gel, a suitable liquid solution may be selected. And the like, but are not limited thereto.
  • the standard fluorescence or absorbance mounted on the standard block 360 is first scanned and the signal value of the reaction result is measured and displayed as a ratio. This is done to eliminate instrumental deviations, using standard materials to calculate the ratio to the measured value, which is then accurately compared to the data contained in the master calibration graph to accurately calculate the concentration of the analyte in the sample.
  • the apparatus may not include the standard block 360 or may not use the standard block 360 even if it includes the standard block 360.
  • the signal detected in the reaction product is chemiluminescent, it may not include a standard block, or even if it includes a standard block, it may not be used.
  • an optical detector such as PMT or Avalanche photodiode may be included, and a shutter implemented by hardware or software may be provided as a means for measuring the amount of light for a predetermined period of time in order to measure a relative amount of light. Through this, the deviation of the detection signal between devices can be compared and corrected.
  • the holder driving unit 320 When the holder driving unit 320 is operated, the holder 310 may be displaced in the front-rear direction. At this time, when the holder 310 is moved backwards by a predetermined distance, the standard block 360 fixed to the holder 310 is positioned on the optical reader 410 which will be described later. Accordingly, the optical reader 410 may capture the fluorescent signal of the standard block 360.
  • the rear lower part of the holder 310 is located on the optical reading module 400 described later. Therefore, when the holder 310 is moved backwards to the end while the cuvet 10 is mounted in the mounting channel 312 of the holder 310, the lower portion of the detection chamber 16 disposed behind the cuvet 10 is disposed. May be exposed to the optical reading module 400 through the inspection hole 314.
  • the displacement of the holder 310 is guided by the holder guide part 330, it can be made stably without swinging.
  • the pulley-belt type holder driving unit 320 is provided, vibration and foreign substances due to friction generated during movement can be prevented, so that a more accurate inspection can be made than the gear type.
  • optical reading module 400 will be described in detail.
  • the optical reading module 400 is provided for measuring the signal of the reaction product in the cuvette 10.
  • the optical reading module 400 may comprise an optical reader 410, a reader driver 420, and a reader guide 430.
  • Optical analysis by the optical reading module 400 is performed. Such optical analysis involves the measurement of the fluorescence signal, visible color or chemiluminescence of the reaction product, with reference to the definitions for each of the above mentioned signals.
  • the optical reader 410 has an arrangement located below the holder 310 when the holder 310 moves to the rear end. Therefore, when the holder 310 moves backward with the cuvette 10 stored in the holder 310, the detection chamber 16 of the cuvette 10 is positioned on the optical reader 410. Thus, the measurement of the fluorescence value for the reaction product in the detection chamber 16 can be made by the optical reader 410.
  • the optical reader 410 reads the signal of the reaction product of the detection chamber 16 of the cuvette 10 to enable qualitative and / or quantitative analysis of the particular analyte contained in the sample.
  • the optical reader 410 of the optical reading module detects the fluorescent signal.
  • the optical reader 410 of the optical reading module is configured to irradiate light of a specific wavelength and to read the emitted light according to the type of fluorescent material used for the detection of the analyte.
  • the optical reader 410 may include a light source 610, a collimating lens 620, a beam splitter 630, a focusing lens 640a, a filter 660a, and a focusing lens 670a. And a photodetector 680a.
  • the optical reader 410 may be provided with a light source 610 that can sufficiently excite a fluorescent material for measuring the fluorescent signal whose output can be adjusted, that is, a predetermined light emitting device.
  • a light source 610 that can sufficiently excite a fluorescent material for measuring the fluorescent signal whose output can be adjusted, that is, a predetermined light emitting device.
  • Examples of such light emitting devices include Xenon lamps, UV lasers or Light Emitting Diodes (LEDs).
  • LED is used. LEDs are inexpensive compared to Xenon lamps, UV lasers, etc., and also allow for compact equipment.
  • a feedback circuit is built in to stabilize the temperature and the power supply, and two pinholes are used to parallelize the diffused LED.
  • the standard block 360 may be irradiated with light before measuring the fluorescence value, and the gain may be automatically adjusted through the amount of fluorescence captured to adjust the output of the light emitting device to a predetermined value. Accurate concentration calculation is possible.
  • the optical reader 410 may have two or more light sources, and each light source may generate light having a different wavelength from each other.
  • fluorescence of different wavelengths can be measured respectively. Therefore, the range of application for the diagnostic test method can be extended and the sensitivity can be improved.
  • the optical reader 410 may have a barcode scanner function, and thus, when a predetermined barcode is provided in the cuvette 10, the optical reader 410 may perform a predetermined signal, information exchange, or the like through the corresponding barcode.
  • the optical reader 410 of the optical reading module includes absorbance measurements of the visible color of the reaction product 650.
  • absorbance may be measured by irradiating light on the reaction product according to the type of material used for detection of the analyte.
  • the optical reader 410 includes a light source capable of emitting an absorbing wavelength range suitable for measuring the absorbance of the visible color, in which the output can be adjusted. Examples of such a light emitting device may include, but are not limited to, lamps, LEDs, lasers, and the like, which include absorption bands such as white light sources.
  • optical reader 410 includes chemiluminescent signal measurements of reaction products. It is configured to detect the light emitted according to the type of chemiluminescent material used for the detection of the analyte according to an embodiment of the present invention, because the light emission intensity is measured for each time zone, It consists of a photodetector.
  • the optical reader 410 may include a configuration as shown in FIG.
  • the optical reader 410 includes focusing lenses 640b and 670b and photodetector 680b.
  • a filter 660b may be further included for more precise analysis, in which the optical reader 410 does not include a light emitting element or a light source, but instead a photodetector such as a photo multiplier tube (PMT) or an Avalanche photodiode. 680b).
  • PMT photo multiplier tube
  • Avalanche photodiode. 680b Avalanche photodiode.
  • a means for measuring the amount of light for a predetermined period of time may be provided with a hardware or software implemented shutter, and through this to compare the deviation of the detection signal between the devices to compensate for this can do.
  • the reader driver 420 is provided inside the housing 100, and moves the optical reader 410 to position the optical reader 410 in any one of the plurality of cuvettes 10. By doing so, the sample inspection of the cuvette 10 may be performed. That is, the reader driver 420 may move the position of the optical reader 410 according to the inspection hole 314 of the holder 310.
  • the reader driver 420 connects a predetermined drive motor 422, driven pulley 424, and driven pulley 424 with the optical reader 410 to move the optical reader 410 from side to side. It may be configured to include a predetermined bracket. Thus, the optical reader 410 may move in accordance with the operation of the drive motor.
  • the reader guide 430 is provided to guide the left and right displacement of the optical reader 410.
  • the reader guide 430 may include a predetermined guide rail and a predetermined guide part guided along the guide rail and fixed to the optical reader. Thus, the lateral movement of the optical reader can be accurately guided in one direction.
  • the standard block 360 at the rear lower portion of the holder 310 is located on the optical reader 410 of the optical reading module 400. Accordingly, the optical reading module 400 first detects the fluorescence signal captured in the standard block 360 as standard fluorescence.
  • the holder 310 moves backwards to the end while the cuvet 10 is mounted in the mounting channel 312 of the holder 310, the lower portion of the detection chamber 16 disposed behind the cuvet 10 is placed. Is exposed to the optical reader 410 through the inspection hole 314 to make optical measurements.
  • the optical reading module 400 may have a predetermined algorithm and a predetermined iterative measurement algorithm that allow the calculation of the concentration of the analyte in the sample by comparing the ratio with the data embedded in the master calibration graph.
  • Figures 14a and 14b is a separate view showing the structure of the dispenser module 500 in the automated liquid immunoassay device 1 according to an embodiment of the present invention in different directions.
  • the dispenser module 500 is a module provided for dispensing, dispensing and washing samples, reagents and / or reactants.
  • the dispenser module 500 includes a drive unit 502, a dispenser unit 504, and a pump unit 506.
  • the driving unit 502 serves to move the dispenser unit 504 horizontally and horizontally. Accordingly, the dispenser unit 504 is horizontally moved by the drive unit 502, so that the dispenser unit 504 is placed in parallel with one another of the plurality of cuvettes 10 placed in parallel under the drive unit. It can be located in a specific chamber on the).
  • the driving unit 502 may include a fixed body 510 and a left and right horizontal driving unit 520.
  • the fixed body 510 may have a predetermined area and may extend in the left and right directions.
  • the fixed body 510 may include a front body 512 extending in the left and right directions, and a side body 514 provided at one side of the front body 512 to which the pump unit 506 is fixed.
  • the left and right driving units 520 are disposed on the fixed body 510 and are driving means for moving the dispenser unit 504 to be described laterally horizontally.
  • the left and right driving unit 520 may include a predetermined driving motor for generating power and a predetermined moving bracket which may be displaced left and right by the driving motor.
  • it may be provided with a predetermined guide means 530 that can guide the displacement of the moving bracket.
  • it may include a predetermined driven pulley member for transmitting power.
  • the dispenser unit 504 may include a left and right moving body 540, a vertical moving body 542, a vertical driving unit 544, and an arm unit 550.
  • the left and right moving bodies 540 are connected to the left and right driving units 520.
  • the left and right driving unit 520 may include a predetermined moving bracket, and the left and right moving body 540 may be connected to the moving bracket to displace horizontally and horizontally.
  • the vertical movement body 542 is disposed in front of the horizontal movement body 540.
  • the vertical movement body may be vertically displaced by the vertical driving unit 544.
  • the vertical driving unit 544 is disposed on the left and right moving bodies 540 and is driving means for moving the vertical moving bodies 542 in the vertical direction.
  • the vertical drive unit 544 may also include a predetermined driving motor for generating power, and a predetermined moving bracket which may be displaced left and right by the driving motor.
  • a predetermined guide means 546 that can guide the vertical displacement of the movement bracket.
  • it may include a predetermined driven pulley member for transmitting power.
  • the arm unit 550 may move up and down by the vertical driving unit 544, and may be moved left and right by the driving unit 502 at the same time.
  • the arm unit 550 includes a punching arm 552, a collecting arm 556, and a straw arm 554 which are connected to the vertical moving body 542 and extend downward in positions horizontally spaced from each other. Can be configured. Accordingly, the arm unit 550 may constitute an integrated module in which the punching arm 552, the collecting arm 556, and the straw arm 554 are integrally formed.
  • the punching arm 552 is provided with a punching tip 553 at the bottom, and is a member for opening the sealing cover of the cuvette 10, and punches the sealing portion covering the chamber of the cuvette 10.
  • the straw arm 554 is provided to have a vertical hollow 555 penetrating in the vertical direction. Straw arm 554 has an outer diameter that can be inserted into the insertion hole of the cleaning tip (30).
  • Sampling arm 556 is provided so that the dispensing tip 20 is fixed to the bottom. Collection arm 556 may have an outer diameter that can be inserted into the dispensing tip (20).
  • the punching arm 552, straw arm 554, collecting arm 556 may be arranged in a line in the front and rear direction.
  • the cleaning unit 560 includes a drive motor 562 and a magnetic beam 564.
  • the driving motor 562 is fixed to the vertical movement body 542 and is connected to the magnetic beam 564 to displace the magnetic beam 564 in the vertical direction.
  • it is not necessarily limited to the drive motor 562, It is sufficient if the predetermined drive apparatus which can displace the magnetic beam 564 up and down is provided.
  • the magnetic beam 564 is formed in a bar shape extending in the vertical direction, it is disposed in the vertical hollow 555 of the straw arm 554.
  • the magnetic beam 564 is magnetic and can be displaced in the vertical direction by the drive motor 562, thereby enabling Mag-eXtraction to separate the unreacted material using the magnet.
  • the pump unit 506 is fixed to the side body 514 of the drive unit 502.
  • the pump unit 506 is connected to the collecting arm 556 of the dispenser unit 504 through a predetermined pipe (not shown), and the cuvet 10 with the dispensing tip 20 connected to the collecting arm 556.
  • a predetermined pipe not shown
  • the cuvette 10 is positioned at a specific point by the cuvette module 300
  • the dispensing tip 20 is positioned in the dispensing tip 20 on the chamber of the cuvette 10 by the driving unit 502.
  • suction or discharge force may be provided to the dispensing tip 20.
  • the pump unit 506 has a motor 570 capable of rotating minute step control, and is configured to precisely adjust the amount of the sample, reagent or reaction result upon inhalation or dispensing with respect to the dispensing tip 20. Can be.
  • 15A is a block diagram illustrating a schematic structure of a dispenser module in an automated liquid immunoassay device according to another embodiment of the present invention.
  • the dispenser module includes a moving body 541, a moving body driver 543, and a controller 600.
  • the controller 600 may control the moving body driver 543 to move the moving body 541 to a desired position.
  • the punching arm 552, the straw arm 554, and the collecting arm 556 are fixed to the movable body 541. Therefore, the punching arm, the straw arm, and the collecting arm move together by the movement of the movable body.
  • a punching tip 553 is provided below the punching arm 552.
  • the punching arm penetrates the sealing of the lower cuvette, the straw arm and the harvesting arm, which are fixed together in the punching arm and the moving body 541, do not interfere with the lower cuvette. That is, the length B from the bottom of the moving body to the bottom of the punching arm 552 should be longer than the length A of the straw arm and the harvesting arm. Even if the punching arm descends to the maximum to break the seal of the cuvette, the proper length can be set so that the straw arm and the harvesting arm do not touch the cuvette.
  • the punching arm 552 should not interfere with the lower cuvette.
  • the length B from the bottom of the moving body to the bottom of the punching arm 552 must be shorter than the length C from the end of the cleaning tip mounted to the straw arm or the end of the dispensing tip mounted to the harvesting arm. That is, the height of the cleaning tip and dispensing tip should be greater than the length of the punching arm plus the depth of each chamber in the cuvette.
  • Each tip can be set to an appropriate length in consideration of the mounting position with each arm and the smooth operation distance in each chamber.
  • the collection arm 556 may be mounted by fixing the dispensing tip 20 to the lower portion.
  • the collecting hollow 557 penetrates up and down inside the collecting arm.
  • the hollow of the harvesting arm is connected to the pump unit 506 via a pipe 507.
  • the pump unit 506 may provide suction and discharge forces to the dispensing tip through the cavities of the piping and harvesting arms.
  • the straw arm 554 may be mounted by fixing the cleaning tip 30 to the bottom.
  • An upper and lower hollow 555 penetrates up and down inside the straw arm.
  • a magnetic beam 564 that is movable up and down is located in the hollow of the straw arm.
  • a driving motor 562 is provided to move the magnetic beam up and down. It is preferable to fix the drive motor 562 to the moving body so that the magnetic beam can move relative to the straw arm fixed to the moving body.
  • the drive motor and the magnetic beam can be connected using a linear actuator using a ball screw, a reducer using a gear coupling, and a rack and pinion.
  • Figure 15b is an enlarged view showing in detail the cleaning tip portion of the dispenser module in an automated liquid immunoassay device according to another embodiment of the present invention.
  • the magnetic beam 564 is disposed in the upper and lower hollow 555 of the straw arm 554.
  • the magnetic beam 564 may include a permanent magnet 565 at a lower end of the magnetic beam 564 that is opposite to the portion connected to the driving motor 562.
  • the permanent magnet 565 preferably has the same cross-sectional area as the magnetic beam to which it is attached. If the magnetic beam is cylindrical in shape, a cylindrical permanent magnet having the same diameter can be used.
  • the permanent magnet may be disposed inside the cleaning tip 30 fitted to the straw arm 554.
  • Permanent magnet 565 considering the chamber size of the cuvette, the diameter is preferably 2mm to 8mm. If the length of the permanent magnet is 5 mm or more, magnetic beads can be collected, but in order to collect the magnetic beads necessary for measurement within 1 minute, it is preferable to use 10 mm or more, and more preferably 30 mm or more. Enough magnetic beads can be collected within 40 seconds.
  • the shape of the permanent magnet can be used by selecting a variety of shapes, such as round, square, oval according to the purpose.
  • 17 is a flow chart showing the overall flow of the automated liquid immunoassay method according to an embodiment of the present invention.
  • the cuvette 10 is accommodated in the mounting channel 312 of the holder 310 of the device 1 (S710).
  • the dispensing tip 20 and the washing tip 30 are mounted in the dispensing tip fitting hole 21 and the washing tip fitting hole 31 formed in the cuvette (S720).
  • the dispensing tip 20 and the cleaning tip 30 may be before or after the cuvette 10 is received in the mounting channel 312.
  • the holder 310 is moved backward by the start command of the device (S730).
  • the dispenser module 500 operates to punch and open the sealing film (not shown) of the cuvette 10 (S740).
  • a punching arm 552 is used. Referring to this punching process, first, the punching arm 552 is positioned on the cuvette 10 by the driving unit, and then the punching arm 552 is moved up and down by the vertical driving unit 544 so that the cuvette ( 10) to seal the sealing film.
  • the cuvette module 300 operates to move the cuvette 10 forward or rearward, thereby punching a plurality of chambers provided in the cuvette 10.
  • the cuvette module 300 and the dispenser module 500 operate so that the collecting arm 556 is positioned on the dispensing tip 20 fixed to the cuvette 10. Subsequently, the collecting arm 556 descends to fix the dispensing tip 20 to the lower portion of the collecting arm 556 (S750). Thereafter, dispensing and dispensing of the sample and / or the reagent are performed using the dispensing tip 20 (S760).
  • the dispensing tip is introduced into the sample solution by moving the moving body 541 having the sampling arm fixed thereto.
  • the pump unit 506 connected to the hollow of the collecting arm is operated to apply a suction force to the dispensing tip 20 to collect a sample from the sample chamber.
  • the moving body driving unit 543 is driven to move the sampling arm fixed to the moving body to the reaction chamber.
  • the sample in the dispensing tip attached to the collecting arm is also moved to the reaction chamber. That is, the collected sample can be moved to the reaction chamber.
  • the pump unit 506 is then operated to apply a dispensing force to the dispensing tip 20 to discharge the sample into the reaction chamber to complete dispensing.
  • the front and rear movement of the cuvette 10 by the cuvette module 300 and the up and down movement of the dispensing tip 20 by the vertical driving unit 544 may be performed. have.
  • the pump unit 506 is operated to allow dispensing and dispensing by the dispensing tip 20.
  • operation by the pump unit 506 results in mixing of the sample and / or reagents during dispensing and dispensing, and allows the desired reaction to occur in the reaction chamber 14 of the cuvette.
  • the reaction process occurring in the cuvette 10 includes a plurality of steps, and requires at least two incubation times per cuvette (S770). Incubation may be performed by applying power to the hot plate 316 of the holder 310 on which the sample is mounted to maintain the sample dispensed in the reaction chamber at a constant temperature.
  • the dispensing tip 20 used in the first cuvette is removed by the remover plate 350 to dispensing the dispensing tip fitting hole 21 of the first cuvette. After completion of the first incubation time, it is reused for reaction of the next step of the first cuvette.
  • the sample undergoes a washing process (S780). After washing, the sample including the magnetic beads from which impurities are removed is moved to the detection chamber and used for analysis through an optical inspection process (S790).
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating a washing process of an automated liquid immunoassay method according to an embodiment of the present invention.
  • the washing process includes collecting magnetic beads, transferring the collected magnetic beads to a washing solution, and removing impurities.
  • the magnetic tip is inserted into the sample solution containing the magnetic bead to the sample solution containing the magnetic beads to collect the magnetic beads in the sample solution on the surface of the cleaning tip (S820 to S845).
  • the cleaning tip collected on the surface of the magnetic beads is moved to the cleaning solution with the magnetic beam inserted into the cleaning solution (S850).
  • the drive motor connected to the magnetic beam to move the magnetic beam up and the cleaning tip up and down several times to disperse the magnetic beads collected in the cleaning tip in the cleaning solution (S860).
  • the magnetic beam is inserted into the cleaning tip to recapture the magnetic beads in the cleaning solution (S870).
  • the process can be repeated until the predetermined number of washings (S880).
  • the optical measurement may be performed by moving to the detection chamber (S890).
  • the cleaning process can be carried out in a variety of ways, and with the position of the cleaning tip fixed, the drive motor connected to the magnetic beam is driven to move the magnetic beam up and down several times to move the magnetic beads trapped in the cleaning tip in the cleaning solution. Dispersion collection may be repeated to remove impurities to which magnetic beads are not bound.
  • collecting the magnetic beads in the sample solution can be classified as follows. First, the washing tip 30 is fixed to the lower portion of the straw arm 554 having a hollow penetrated up and down (S820). Then, the lowering of the moving body 541 fixed to the straw arm is injected into the sample solution containing the magnetic bead (S830). Next, the drive motor 562 fixed to the moving body is driven to insert the magnetic beam 564 located in the hollow of the straw arm into the lower cleaning tip (S840). Thereafter, the movable body driver 543 may move the stray arm fixed movable body and the magnetic beam integrally to move the cleaning tip in which the magnetic beam is inserted in the sample solution containing the magnetic beads ( S845).
  • the dispensing tip 20 is removed from the collection arm 556 by the remover plate 350 (S810). Then, the washing tip 30 is inserted into the straw arm 554. The cleaning tip 30 is introduced into the reaction chamber 14 (S830), and then a magnetic beam 564 is introduced into the cleaning tip 30 to clean the magnetic beads in the reaction chamber 14. It is collected on the surface of the tip 30 (S840) At this time, the reactants combined with the magnetic beads are collected together.To collect the magnetic beads more efficiently, the cleaning tip and the magnetic beam may be moved together in the sample solution.
  • the magnetic beam 564 is raised by the drive motor 562 and the magnetic beam 564 is cleaned.
  • the magnetic beads collected in the cleaning tip 30 are dispersed in the cleaning chamber 15 (S8 60.
  • the cleaning tip may be moved up and down several times so that the magnetic beads collected in the cleaning tip are well dispersed in the cleaning solution, and the magnetic beam 564 is lowered so that the magnetic beam 564 is the cleaning tip 30.
  • the magnetic beads are again collected by the cleaning tip 30 at step S870. Ascending and descending of the magnetic beam is performed by a predetermined number of times of cleaning (S880).
  • the non-magnetic impurities may be removed according to the reciprocating motion After the cleaning of the sample is finished, the reaction product is moved to the detection chamber 16 (S890).
  • FIG. 22 are photographs showing the effect of permanent magnets on a sample containing magnetic beads used in the automated liquid immunoassay method according to an embodiment of the present invention.
  • a permanent magnet was placed under the solution containing the sample containing the high concentration of magnetic beads, and the effect of time was examined.
  • the magnetic beads are dispersed and appear as a yellow solution as a whole. Over time, the magnetic beads are pulled toward the bottom of the permanent magnet, making the solution more transparent and the yellow at the bottom appear darker. After about 50 seconds, it was confirmed that the magnetic beads were sufficiently pulled by the permanent magnet at the bottom.
  • the permanent magnet used in the simulation is a cylindrical magnet with a diameter of 8 mm and a thickness of 4 mm, which is a simulation result for a magnetic field of 3700 Gauss and a coercive force of 846 kA / m.
  • Figure 23 (a) shows the strength of the magnetic field according to the distance away from the magnet, it can be seen that the magnetic field strength decreases as the distance from the magnet increases. In other words, it shows a magnetic field size of 200 mT at a position of 2 mm from the magnet. When it exceeds 2 mm, the magnetic field strength is lowered and the force of pulling magnetic beads is also reduced. The maximum height of the solution is about 10 mm, where the magnetic force is near zero at a position 10 mm away from the magnet.
  • Figure 23 (b) shows the magnetic field strength according to the position around the magnet, except for the inside of the magnet, when looking at the green and sky color range outside the magnet, stronger than the magnet circumferential direction of the magnet than the up and down direction It can be seen that the magnetic field is widely distributed. After all, when using a cylindrical permanent magnet, using the upper and lower magnetic field of the magnet rather than the cylindrical side portion can have a greater impact on the magnetic beads, it is possible to collect or wash the magnetic beads faster.
  • Figure 24 is a photograph showing the position of the cleaning tip used in the automated liquid immunoassay method according to an embodiment of the present invention. In these photos magnetic beads were added at high concentration for visualization.
  • Automated immunoassay method can be taken out after a certain time after maintaining the cleaning tip to reach the bottom of the cleaning chamber as shown in Figure 24 (a). In this case, most magnetic beads can be captured after 45 seconds as shown in (b).
  • Automated immunoassay method can be taken out after a certain time after maintaining the cleaning tip to be located in the middle of the cleaning chamber solution, as shown in Figure 24 (c).
  • magnetic beads can be almost completely captured after 45 seconds as shown in (d). This is because when the thickness of the used magnet is thin, more magnetic beads can be pulled in a shorter time because the area of the strong magnetic field above and below the magnet is larger.
  • An automated immunoassay method is to change the position of the washing tip during magnetic bead capture and washing. That is, since the magnetic force of the permanent magnet depends on the distance, the magnetic bead is more efficiently when the magnetic tip containing the permanent magnet is moved up and down based on the middle of the solution containing the magnetic bead when capturing the magnetic bead. Can be captured.
  • the up and down position can be moved by selecting a range that is advantageous for magnetic bead capture from the distance between the solution bottoms in the solution plane.
  • the cleaning tip is stopped for a predetermined time until the magnetic beads are captured at a certain position in the solution containing the magnetic beads, and then again after a certain time has elapsed.
  • Stepped elevation movements may be used which advance the position of the cleaning tip in solution slightly and stop again for a period of time.
  • This stepped elevation i.e. separation operation, can be used to capture the magnetic beads more completely in a short time.
  • the sorting operation may determine the distance of the moving section and the stopping time in consideration of the washing time.
  • the cleaning tip equipped with the magnetic beam is stopped for 5 seconds at the position injected into the initial solution, and then moved below 1 mm. After stopping for 5 seconds, the process of lowering 1 mm again and stopping for 5 seconds can be repeated to move 4 mm in solution. After moving to the bottom of the solution, in the process of rising again, the magnetic tip-mounted cleaning tip is raised by 1 mm and then stopped for 5 seconds, and the process of raising 1 mm can be repeated. By doing so, the magnetic beads can be completely captured in a shorter time, so that the cleaning process can be performed more quickly and completely.
  • the magnetic bead may be captured after stopping the cleaning tip in which the magnetic beam having the permanent magnet is inserted to capture the magnetic beads at an intermediate position in the sample solution containing the magnetic beads.
  • the magnetic bead may be collected while the magnetic tip is inserted into the cleaning tip and the magnetic beam while moving up and down together in the sample solution containing the magnetic beads. More preferably, the magnetic beads are collected more quickly and completely, while the cleaning tip and the magnetic beam are moved up and down together in the sample solution containing the magnetic beads by a stepped elevation movement that stops for a predetermined time after a predetermined distance. can do.
  • the method of capturing the magnetic beads in the washing tip may be equally applicable to collecting the magnetic beads in the sample solution (S845) as well as collecting the magnetic beads in the washing solution (S870).
  • separation of the dispensing tip 20 and the cleaning tip 30 may be made by the remover module 340. That is, after dispensing the dispensing tip 20 or the washing tip 30 in the remover hole 354 of the remover plate 350, the remover plate 350 is moved to recess the dispensing tip and the washing tip 356. When the collecting arm or the straw arm is moved upward, the tip tops mounted on the collecting arm and the straw arm are partially caught by the depression 356 so that the dispensing tip 20 or the cleaning tip 30 is removed. It may be separated from harvesting arm 556 or straw arm 554.
  • the dispensing of the dispensing tip 20 and the cleaning tip 30 can be done in the same way. With reference to the separation of the cleaning tip 30 in detail, it can be made in the following order.
  • the remover plate 350 is positioned between the holder 310 and the dispenser module 500. First, the remover hole 354 of the remover plate 350 is positioned on the cleaning tip fitting hole 21. That is, the remover plate 350 having the remover hole 355 in which the depression 356 is formed is disposed below the straw arm 554 on which the cleaning tip 30 is mounted. The straw arm with the cleaning tip is then passed through a remover hole 355 that is wider than the area of the top of the cleaning tip to place the cleaning tip 30 in the cleaning tip fitting hole 21.
  • the remover plate 350 abuts on the cleaning tip 30. That is, the depression 356 of the remover plate is placed above the top of the cleaning tip.
  • the straw arm can be moved upward with respect to the remover plate so that the upper portion of the cleaning tip 30 is caught in the depression of the remover plate to separate the cleaning tip from the straw arm. That is, by causing the dispenser module 500 to rise, the cleaning tip 30 is caught by the remover plate 350 so that the cleaning tip 30 is separated from the straw arm 554 and into the cleaning tip fitting hole 21. Be left behind.
  • the dispensing tip 20 and the washing tip 30 remain in the washing tip fitting hole 21 and the dispensing tip fitting hole 31, respectively, so that the dispensing tip 20 and the washing tip 30 are separated. After separation, it does not mix with other samples, eliminating the need for cleaning of the tip and reusing it for the next step reaction in the same cuvette.
  • the optical reading module 400 is operated to perform optical inspection.
  • the optical reader 410 is located below the detection chamber 16.
  • the detection chamber 16 is light transmissive so that the optical reader 410 may perform optical inspection on the reactant therein.
  • FIG. 19 is a flowchart illustrating an optical inspection process using a standard block of the automated liquid immunoassay method according to an embodiment of the present invention.
  • the standard block 360 at the rear lower portion of the holder 310 is disposed above the optical reader (S910).
  • the holder 310 or the optical reader 410 can be moved so that the standard block 360 can be positioned over the optical reader 410.
  • the optical reader 410 may perform optical inspection on the fluorescence measurement standard material in the standard block 360 located behind the holder 310 to first read the fluorescence signal of the standard material (S920). Thereafter, the optical reader 410 is disposed below the detection chamber (S930). That is, the holder or optical reader is moved so that the detection chamber 16 can be positioned above the optical reader 410.
  • the optical reader 410 performs an optical inspection on the sample of the detection chamber 16 through the inspection hole 314 penetrating in the vertical direction below the holder 310 on which the detection chamber is mounted, and the optical emitted from the sample.
  • the signal is read (S940).
  • the signal captured in the standard block 360 may be used as a standard fluorescence value to correct the deviation between devices (S950). That is, the signal obtained from the optical inspection result of the sample of the detection chamber can be compared with the signal obtained from the optical inspection result of the standard material of the standard block, and the difference can be analyzed and corrected for the sample of the detection chamber. You can get the result.
  • the apparatus may further include a chip insertion unit (not shown) provided in the housing and into which the chip containing the analysis information is inserted.
  • the chip inserted into the chip insertion unit is linked with the barcode of the cuvette.
  • the barcode of the cuvette includes analyte material (item) and lot information of the cuvette, and is linked to the chip.
  • the chip contains the master calibration curve necessary for calculating the concentration of the analyte and information for driving the device according to the type of analyte in the sample, so that the optimal inspection can be performed in accordance with the various barcodes in conjunction with the bar code.
  • the device can be driven. This makes it easy to test a variety of analytes with one device, and can also improve the reproducibility and reliability of the test.
  • the barcode retrieves information through a barcode scanner that scans it.
  • the cuvette 10 used in the inspection made in accordance with the present invention may have a structure as shown in FIG. Specifically, the sample filling chamber 12, the MB buffer chamber 13a, the chamber 13b filled with a detection buffer such as alkaline phosphatase (ALP), the dilution buffer chamber 13c, and the dilution chamber 13d. It may have a washing chamber 15 and a detection chamber 16 comprising a buffer and dilution chamber 13, a reaction chamber 14, a first washing chamber 15a, and a second washing chamber 15b, including: have.
  • ALP alkaline phosphatase
  • 20 is a flowchart showing in detail the sample dispensing of the automated liquid immunoassay method according to an embodiment of the present invention.
  • the sealing of the cuvette 10 is punched out by the punching arm 552, respectively. Subsequently, the dispensing tip 20 is fitted and fixed to the collection arm 556. Subsequently, a predetermined volume of washing liquid is collected from the first washing chamber 15a and dispensed into the MB buffer chamber 13a (S1010).
  • a predetermined dilution liquid is taken out of the dilution buffer chamber 13c and dispensed into the sample chamber 12 (S1020) to perform a mixing process (three times).
  • the diluted volume sample is taken and dispensed into the reaction chamber 14 (S1030).
  • a predetermined volume of solution is collected and dispensed into the reaction chamber 14 (S1040) and mixed (3 times). Then, the first incubation process for a predetermined time at a specific temperature (S1050).
  • a predetermined volume of the solution in the MB chamber 13a is collected and dispensed into the reaction chamber 14 (S1060), followed by mixing using the remover module 340.
  • the dispensing tip 20 is removed (S1070) and placed in the dispensing tip fitting hole 21 of the cuvette in which the reaction is performed.
  • the second incubation process for a predetermined time at a specific temperature (S1080).
  • a washing process is performed (S1090).
  • the cleaning process first inserts the cleaning tip 30 into the straw arm 554, and then inserts the magnetic beam 564 into the straw arm 554 into the reaction chamber 14 for a predetermined time, followed by a first After entering the cleaning chamber 15a, the magnetic beam 564 is moved up and down several times to perform cleaning. Subsequently, the magnetic beam 564 is again introduced into the straw arm 554 and the second cleaning chamber 15b, and then the magnetic beam 564 is moved up and down several times to perform the cleaning. Then, the magnetic beam 564 is again introduced into the straw arm 554 and into the detection chamber 16 and then the cleaning tip 30 is removed.
  • Results (density, etc.) derived from optical measurements can be output to a display and a printer.
  • FIG. 21 is a timing diagram showing the operation of each cuvette in the case of including three cuvettes in the automated liquid immunoassay method according to an embodiment of the present invention. In FIG. 21, the steps of dispensing, washing, incubating, etc., for the three cuvettes are shown.
  • Each step can be divided into Step 1, Step 2, Step 3, Step 4, Step 5, Step 6, etc., and each step can be driven by dilution, collection, dispensing, mixing, washing, incubation, measurement, etc. It can be added or deleted according to the purpose.
  • each step In order to drive and measure three types of cuvettes at the same time, each step must be separated from each other. 21 is an illustration of a protocol for examining three types of cuvettes. The start and end points of each step are clearly distinguished from the behavior of other cuvettes, and the time to finally measure and test all three cuvettes can be significantly reduced. In particular, when the preparation, dispensing, or washing operations are performed in another cuvette during the incubation time of one cuvette, measurement time can be saved.
  • the inspection time of one cuvette is 20 minutes
  • the inspection time of three cuvettes takes more than 60 minutes in total.However, if the above method is used, three cuvettes are performed within about 23 minutes using only one pump module. The inspection can be completed, reducing the time required for measurement and analysis.
  • a plurality of dispensing tips and washing tips are required to collect, dispense, and dilute reagents of each cuvette.
  • a remover plate formed with a depression it is designed to be able to position the dispensing tip and the cleaning tip in the depression of each cuvette. Place the tip used between the collection, dispensing, and washing of reagents from each cuvette into the depression of the cuvette, and then the dispensing tip and washing tip of the other cuvette are mounted on each holder so that no Simultaneous testing of the bets is designed to be possible in a short time.
  • the first incubation is started (S1112). After the preparatory operations are similarly performed in the second cuvette waiting (S1120) (S1121), the first incubation is started (S1122). Subsequently, when the first incubation of the first cuvette is completed, after dispensing operation such as adding magnetic beads (S1113), the second incubation is started (S1114). Thereafter, the dispensing tip 20 used for dispensing the sample in the first cuvette is removed from the collection arm 556 and mounted in the first cuvette.
  • the dispensing arm 556 is equipped with a dispensing tip for dispensing a sample in the second cuvette, and the dispensing operation such as addition of magnetic beads is also performed in the second cuvette.
  • the second incubation line is started (S1124). Once the second incubation has begun, the dispensing tip used to dispense the sample in the second cuvette is removed from the collection arm 556.
  • the second incubation may be sequentially performed (S1134).
  • the straw arm 554 was equipped with a cleaning tip 30 for use in cleaning samples in the first cuvette, and the second incubation of the first cuvette was completed. If the washing process proceeds (S1115) and starts a third incubation (S1116). During the third incubation period of the first cuvette, the washing operation is also performed in the second cuvette (S1125) and the third incubation is started (S1126). Similarly, the third cuvette performs the washing operation (S1135) and starts the third incubation (S1136).
  • the first cuvette finishes the third incubation, it measures (S1117).
  • the second cuvette also finishes the third incubation, the measurement is performed (S1127).
  • the measurement can be performed (S1137).
  • the reaction product can be detected and read with high sensitivity and high specificity compared to existing methods.
  • the test for detecting and reading / analyzing the reaction result can be accurately and quickly reduced inspection time, improved accuracy and reproducibility under one integrated system. Of course, it is possible to reduce the steps and costs involved in the entire inspection.
  • the punching arm 552, collecting arm 556, straw arm 554 is integrally integrated into the arm unit 550 provided in the automated liquid immunofluorescence spectrometer 1 according to an embodiment of the present invention. It is equipped with an integrated module. Therefore, the pump dispenser, the puncher driving, the washing and dispensing tip 20 and the cleaning tip 30 when the drive motor is possible to control the up and down position. Therefore, unlike when each module is separately configured with each drive motor, the size can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
  • the arm unit 550 is composed of an integrated module, each arm is connected to one of the up and down driving unit 544, but is designed to have a structure that does not interfere with each other between the driving. By using the arm unit 550 composed of an integrated module in this way it can bring a great effect on the size and overall manufacturing cost of the equipment.
  • the pump unit 506 included in the apparatus employs a motor capable of rotating microstep control to separate a sample, a reagent, or a reaction result through a dispensing tip, suction for dispensing, or The amount can be precisely adjusted at the time of discharge.
  • the apparatus includes a remover module 340, so that the dispensing tip 20 and the cleaning tip 30 that are used can be easily separated from the dispenser module 500.
  • the dispensing tip 20 and the cleaning tip 30 may be reused after separation.
  • the apparatus may include a standard block 360, so that inspection through a ratio with standard fluorescence may be performed using standard fluorescence.
  • the device is an automated immunoassay with convenience in which reagents are integrally prepared and do not require separate reagent preparation. For example, three different tests may be simultaneously performed. . In the conventional case, the same test can only be performed simultaneously.
  • it adopts an integrated module that can perform punching, reagent dispensing, dispensing, and washing, and a system that can minimize the deviation of the optical system and the equipment by using standard fluorescence.
  • the reaction temperature of the reagent can be controlled constantly.
  • consumables, dispensing tips, and cleaning tips can be remounted on the cuvette, eliminating the need for a separate trash.
  • Equipment using consumable dispensing dispensing tips and cleaning tips may be disposed of after dispensing dispensing tips. Because of contamination, it cannot be used for other reagent tests.
  • the device according to one embodiment of the present invention needs to replace the dispensing tip to prepare for the reaction of another reagent during one cuvette reagent reaction. At this time, the tip used is placed on the cuvette 1, and the preparation process is performed using the dispensing tips of cuvette 2,3. Subsequently, the dispensing tip of cuvette 1 is replaced again to prepare for the second incubation process. If the dispensing tip used in the first incubation has been discarded, a new tip should be employed in preparation for the second incubation.
  • This device can be placed on the cartridge, dispensing, mixing with other cartridges, and then using the tip of the original cartridge again to perform the following process, so that the consumption of dispensing dispensing tips and cleaning tips can be limited to one.
  • there is no need to prepare dispensing tips inside the device which is advantageous in terms of space and enables the design of a more compact device.

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Abstract

본 발명은 ELISA 기반의 생물학적 시료 등에 포함된 특정 성분의 검출에 최적화된 액상 면역분석 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

자동화된 액상 면역반응 분석 장치 및 그 방법
본 발명은 ELISA(Enzyme Linked Immuno Sorbent Assay) 액상 면역분석을 통해 생물학적 시료에 포함된 특정 성분을 검출하는 분석 시스템 또는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
의학과 생명공학 분야 및 각종 관련 기술의 발전과 더불어, 소변 및 혈액 등과 같은 소정의 생물학적 시료에서 혈구, 유전자, 단백질, 항원, 병원균 등과 같은 다양한 분자 지표를 검출하는 검사가 널리 시행되고 있다. 검사과정은 일반적으로 시료를 채취한 후, 채취된 시료를 목적하는 지표에 적합한 소정의 시약과 반응시킨 후, 일어나는 변화를 분석 및 관찰함으로써 이루어진다. 이를 통해 시료에 포함된 다양한 분자 지표에 대한 정성 및/또는 정량 분석이 가능하고, 이를 근거로 질환의 진단, 진행 상태, 또는 예후 등에 관한 정보를 얻을 수 있다.
이러한 검사과정에서 널리 사용되는 기술 중 하나가 항원/항체 간의 특이적 결합에 기반한 EIA(Enzyme Immuno Assay)로도 불리는 면역반응 기술이다. 여기에는 분석물의 검출을 위해 사용되는 기질의 종류에 따라서, 발색 반응을 흡광도로 측정하는 색변화측정 방법(chromogenic, 또는 colorimetric), 화학발광법 및 형광을 이용한 방법 등이 있다. 또한 분석 방식에 따라 효소결합 면역흡착 분석법(Enzyme Linked Immunosorbent Assay)라고도 불리는 샌드위치 방식의 면역반응 또는 경쟁적 방식의 면역반응이 포함된다.
이런 분석에서는 사용되는 방식과 상관없이 높은 특이성의 고감도의 검출을 위해서는 비-특이적 반응물의 제거가 바람직하다. 즉, 검사과정에서 시약과 시료의 반응 후, 반응 결과물의 정확한 검출을 위해서는 반응 결과물의 정제 또는 분리(purification)가 필요하다. 하지만, 많은 경우, 반응결과의 검출을 위해서는 나이트로셀룰로스와 같은 막의 사용을 필요로 하거나, 2차원의 평판 플레이트가 사용된다. 그러나 이러한 막 또는 플레이트의 사용은 반응면적의 제한은 물론, 비-특이적 반응물의 제거를 어렵게 한다.
비-특이적 반응물을 가장 효과적으로 제거하는 방법은 물리적 세척 또는 정제 방법이다. 이에, 정량의 시료와 시약의 반응, 반응 결과물의 물리적 정제와 검출 및 판독/분석을 위한 복수 개의 검사가 하나의 통합적 시스템 하에서 정확하고 신속하게 이루어질 수 있는 장치/시스템의 개발이 필요한 실정이다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
특허문헌 1. 한국공개특허 제10-2012-0027359호(공개일: 2012년 03월 21일)
특허문헌 2. 한국공개특허 제10-2016-0000001호(공개일: 2016년 01월 04일)
특허문헌 3. 한국공개특허 제10-2018-0079150호(공개일: 2018년 07월 10일)
본 발명은 복수개의 시료에 대하여, 액상 기반의 효소결합 면역분석법을 이용한 시료와 시약의 반응, 반응 결과물의 정제/분리(purification) 및 반응결과물의 검출/판독/분석의 통합적인 수행에 최적화된 장치 또는 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 자동화된 액상 면역반응 분석 방법에 있어서, 자성 빔이 삽입된 세척 팁을 자성 비드가 포함된 시료 용액에 투입하여 상기 세척 팁의 표면에 상기 시료 용액 내의 자성 비드를 포집하는 단계와, 상기 자성 비드가 표면에 포집된 세척 팁을 세척 용액으로 이동하여 세척 용액 내에 투입하는 단계와, 상기 자성 빔에 연결된 구동 모터를 구동하여 상기 자성 빔을 위로 이동시키고 상기 세척 팁을 위 아래로 수회 이동시켜 상기 세척 팁에 포집된 자성 비드를 상기 세척 용액 내에서 분산시키는 단계와, 상기 자성 빔을 세척 팁에 삽입하여 상기 세척 용액 내의 자성 비드를 포집하는 단계를 포함하는 것을 일 측면으로 한다.
바람직하게는, 상기 자성 비드를 포집하는 단계는, 상기 자성 비드가 포함된 시료 용액 내에서, 상기 세척 팁을 장착한 스트로 암과 상기 자성 빔을 일체로 움직이면서 상기 자성빔이 삽입된 세척 팁을 상하로 이동하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 함몰부가 형성되어 있는 리무버 홀을 구비하는 리무버 플레이트를 세척 팁이 장착된 스트로 암의 아래쪽에 배치하는 단계와, 상기 세척 팁이 장착된 스트로 암이 상기 리무버 홀을 통과하는 단계와, 상기 리무버 플레이트의 함몰부를 세척 팁의 상단 위쪽에 배치하는 단계와, 상기 스트로 암을 리무버 플레이트에 대해 상부로 이동시켜 상기 세척 팁을 상기 스트로 암에서 분리하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 불순물이 제거된 자성 비드를 검출 챔버로 이동하는 단계와, 상기 검출 챔버의 아래쪽에 광학 판독기를 배치하는 단계와, 상기 광학 판독기가 상기 검출 챔버의 시료에 대하여 광학 검사를 실시하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 표준 블록을 광학 판독기 위쪽에 배치하는 단계와, 상기 광학 판독기가 상기 표준 블록 내의 형광 측정 표준 물질에 대하여 광학 검사를 실시하는 단계와, 상기 표준 물질에 대한 광학 검사 결과를 상기 검출 챔버의 시료에 대한 광학 검사 결과와 비교하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 내부에 상하로 관통된 중공을 구비하는 채취 암의 하부에 분주 팁을 고정하는 단계와, 상기 채취 암이 고정된 이동 바디를 이동시켜 상기 분주 팁을 시료 용액에 투입하는 단계와, 상기 채취 암의 중공에 연결된 펌프 유닛을 작동시켜 상기 분주 팁에 흡입력을 인가하여 시료 챔버로부터 시료를 채취하는 단계와, 상기 채취된 시료를 반응 챔버로 이동하는 단계와, 펌프 유닛을 작동시켜 상기 분주 팁에 배출력을 인가하여 반응 챔버에 시료를 배출하여 분주하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 반응 챔버에 분주된 시료를 일정한 온도로 유지하여 상기 시료를 인큐베이션하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 복수의 큐베트 중에서 제1 큐베트의 시료에 대하여 분주 작업을 수행하고, 인큐베이션을 시작하는 제1 반응 단계와, 복수의 큐베트 중에서 제2 큐베트의 시료에 대하여 분주 작업을 수행하고, 인큐베이션을 시작하는 제2 반응 단계와, 상기 제1 큐베트의 시료에 대하여 세척 작업을 수행하는 제1 세척 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 반응 단계 이후에, 상기 채취 암에서 상기 제1 큐베트에 있는 시료의 분주에 사용한 분주 팁을 제거하는 단계와, 상기 채취 암에 상기 제2 큐베트에 있는 시료의 분주에 사용할 분주 팁을 장착하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 반응 단계 이후에, 상기 채취 암에서 상기 제2 큐베트에 있는 시료의 분주에 사용한 분주 팁을 제거하는 단계와, 상기 스트로 암에 상기 제1 큐베트에 있는 시료의 세척에 사용할 세척 팁을 장착하는 단계를 더 포함한다.
또한, 본 발명은 자동화된 액상 면역반응 분석 장치에 있어서, 하부에 세척 팁을 고정할 수 있고, 내부에 상하로 관통된 중공을 구비하는 스트로 암과, 상기 스트로 암의 중공에 위치하여 상하로 이동 가능한 자성 빔과, 상기 스트로 암이 고정되는 이동 바디와, 상기 이동 바디를 이동시키는 이동 바디 구동부와, 상기 자성 빔을 이동시키는 구동 모터와, 상기 이동 바디 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 다른 측면으로 한다.
바람직하게는, 상기 자성 빔은, 하부에 영구자석을 구비한다.
바람직하게는, 하부에 분주 팁을 고정할 수 있고, 내부에 상하로 관통된 중공을 구비하고, 상기 이동 바디에 고정되는 채취 암과, 상기 채취 암의 중공에 연결되어 상기 분주 팁에 흡입력 또는 배출력을 제공할 수 있는 펌프 유닛을 더 포함한다.
바람직하게는, 하부에 펀칭 팁을 구비하고, 상기 이동 바디에 고정되는 펀칭 암을 더 포함하며, 상기 이동 바디로부터 상기 펀칭 암의 하부까지의 길이가 상기 스트로 암의 하부까지의 길이보다 길다.
바람직하게는, 함몰부가 형성되어 있는 리무버 홀을 구비하는 리무버 플레이트를 더 포함하며, 상기 리무버 홀은 상기 세척 팁의 상단의 면적보다 넓다.
바람직하게는, 하나 이상의 큐베트를 장착할 수 있는 슬롯 형태의 장착 채널과 상하 방향으로 관통된 검사 홀을 구비하는 홀더와, 상기 홀더의 위치를 조정할 수 있는 홀더구동부를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 홀더는, 하부에 큐베트를 일정한 온도로 유지하기 위한 열판을 포함한다.
바람직하게는, 광원과 검출기와 빔스플리터와 렌즈를 구비하는 광학 판독기와, 상기 광학 판독기의 위치를 상기 홀더의 검사 홀에 맞추어 이동할 수 있는 판독기 구동부를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 홀더는, 상하 방향으로 관통된 광학 홀을 구비하고 형광 측정 표준 물질을 탑재할 수 있는 표준 블록을 포함한다.
본 발명에 따른 자동화된 액상 면역 형광분석 장치에 의하면, 시료 및 시약의 분주와 반응, 그리고 자성 비드(Magnetic Beads)를 이용한 세척모듈을 통한 반응결과물의 분리(purification)가 통합적으로 수행되며, 액상시료 광학계를 이용하여 반응 결과물을 기존의 방법들에 비해 고감도, 고특이성으로 검출/판독이 가능하다.
특히, 본 발명에 따르면, 시료의 분배, 시약과 시료의 반응 후, 반응 결과물의 검출 및 판독/분석을 위한 검사가 하나의 통합적 시스템 하에서 정확하고 신속하게 수행되어, 검사 시간 단축, 검사의 정확도 및 재현성 향상은 물론, 검사 전반에 포함되는 단계 및 투입되는 비용을 절감시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치는 복수 개의 장착 채널을 갖는 홀더를 가져서 복수 개의 큐베트가 하나의 홀더에 결합되고, 한 시스템 내에서 동시에 다중 진단 및 분석이 이루어질 수 있다. 따라서, 검사 및 치료를 위한 장소에서 정확한 진단을 위해 신속하게 여러 가지 검사 및 진단/분석이 이루어지며 이에 의해 시간, 비용 및 인력 절감이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치에 포함되는 하우징은 이물질의 유입을 차단하여 보다 정확한 시료 검사를 수행할 수 있다. 이와 함께, 상하 및 좌우 이동력을 제공하는 구동 유닛과 더불어 큐베트의 좌우 이동 경로 상에 광학판독기를 제공하므로, 신속하고 간단한 동작으로 시료 검사를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치에 포함되는 펌프 유닛은, 분주 팁을 통해 시료, 시약 또는 반응 결과물의 흡입 또는 배출시 그 양을 정확하게 조절할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치에 포함되는 풀리-벨트 타입의 전후 구동부는 기어 타입과 달리 좌우 이동시 발생되는 마찰에 따른 진동 및 이물질을 방지할 수 있어 보다 정확한 검사가 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자동화된 액상 면역 형광분석 장치에 구비된 암 유닛에는, 펀칭 암, 채취 암, 스트로 암이 일체로 구비되 일체형 모듈로 구성되어 펌프의 분주(Pump dispenser), 펀처 구동, 세척 및 분주 팁과 세척 팁의 분리 시 구동 모터 하나로 상하 방향 위치 제어가 가능하다. 따라서, 각각의 모듈을 별개로 각 구동 모터로 구성했을 때와 달리, 크기를 간소화 할 수 있으며 제작 비용을 절감할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 장치는 복수개의 큐베트가 사용되는 경우, 각 큐베트 별로 반응 중간에 팁을 교체할 필요없이 한 세트의 분주 팁 및 세척 팁이 사용될 수 있고, 팁은 리무버 모듈에 의해 용이하게 제거될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 표준 블록을 포함하여, 장치간 신호 값의 편차를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 실제 제작된 장치의 외관 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 사용되는 자성 비드를 이용한 샌드위치 면역반응의 과정을 보여주는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 사용되는 자성 비드를 이용한 경쟁적 면역반응의 과정을 보여주는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 사용되는 큐베트의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 사용되는 큐베트와 체결되어 사용되는 분주 팁 및 세척 팁을 각각 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 사용되는 분주 팁과 세척 팁이 장착된 큐베트의 일 형태를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 외관을 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치에서 하우징을 생략한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 홀더 및 홀더 내에 큐베트가 탑재된 형태를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 리무버 모듈의 구조를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치 내부의 후방을 나타낸 도면이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치에서 디스펜서 모듈의 구조를 나타낸 도면이다.
도 15a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치에서 디스펜서 모듈의 개략적인 구조를 나타낸 구성도이다.
도 15b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치에서 디스펜서 모듈의 세척팁 부위를 자세히 나타낸 확대도이다.
도 16a 및 도 16b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 채용될 수 있는 형광 광학계 및 화학 발광 광학계의 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 방법의 전체적인 흐름을 나타내는 순서도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 방법의 세척 과정을 나타내는 순서도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 방법의 표준 블록을 이용한 광학 검사 과정을 나타내는 순서도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 방법의 시료 분주 방범을 자세히 나타내는 순서도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 방법에서 세 개의 큐베트를 포함하는 경우에 각 큐베트의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 방법에 사용되는 자성 비드가 포함된 시료에 미치는 영구자석의 영향을 나타내는 사진들이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 방법에 사용되는 영구자석의 자기장 세기를 나타내는 그래프이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 방법에 사용되는 세척 팁의 위치를 나타내는 사진들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예는 예시적인 것으로 어떤 식으로든 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래", “후면", "위", "상부" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 부재 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용 시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 부재를 뒤집을 경우, 다른 부재의 "아래(below)"또는 "아래"로 기술된 부재는 다른 부재의 "위"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 부재는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다. 예컨대 "좌우 방향"은 "상하 방향"으로도 해석될 수 있으며 이에 한정하지 아니한다.
본 명세서에서는 공간적으로 상대적인 용어는 본 발명에 따른 장치의 정면을 바라보는 경우의 배향이다.
본 명세서에서는 본 발명의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 본 발명을 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.
이하에서는 우선, 본 명세서에서 사용되는 용어 및 본 장치와 함께 사용되는 화학적 반응의 원리에 대해서 설명한다.
본 명세서에서 "검출"은 후술하는 시료 중에 포함된 분석물의 존재 여부 또는 그 양을 결정하기 위해, 시약과 시료의 반응 후에 반응 결과물 또는 그 반응 결과물을 정제 한 후, 이에 포함된 분석물을 정량 또는 정성 분석 하는 것으로, 상기 검출결과는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치(1)에서 판독된다.
본 명세서에서 "검사"는 검출, 분석 및 판독을 모두 포괄하는 용어로 사용된다.
본 명세서에서 사용된 용어 "시료"는 분석물을 포함할 것으로 기대되는 조성물을 가리키며, 본 발명에서 사용될 수 있는 시료는 액체상 또는 액체와 유사한 유동성 있는 물질이다. 본 발명의 일 실시예에 사용되는 시료는 생물학적 시료로, 전혈, 혈장, 혈청, 뇨, 타액, 분뇨 및 세포 추출물과 같은 생체 유래 체성분일 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "분석물"은 시료 중의 분석 대상 화합물로, 표적자, 또는 지표라고도 하며, 항원과 같은 단백질 성분 또는 유전자와 같은 핵산 물질을 포함하나 이로 제한하는 것은 아니다.
본 명세서에서 "시약"은 시료에 포함된 분석물의 정량 또는 정성 분석을 위해 시료와 혼합되어 사용되는 물질로서, 구체적 분석물의 종류에 따라 상이하며, 예를 들면, 반응 완충액 또는 버퍼, 희석 버퍼, 검출 버퍼, 세척 버퍼, 또는 시료 내의 다양한 물질 예를 들면 항원 등과 반응을 일으키는 소정의 항체, 효소 또는 기질을 포함할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
도 1 은 본 발명에 따른 일 실시예에서 제작된 장치(1)의 외관을 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치(1)는 항원/항체 간의 특이적 결합에 기반한 면역분석법(ELISA) 기반의 반응, 예를 들면 도 2 및 도 3과 같은 반응을 통해 생물학적 시료 등에 포함된 특정 성분 또는 분석물의 검출은 물론, 분석물의 검출 전에 자성 비드를 이용하여, 미-반응 물질을 반응 결과물에서 분리해내는 물리적 세척에 최적화된 장치에 관한 것이다.
도 2 및 도 3 은 분석물을 분석하는 다양한 방식의 ELISA 분석 과정을 도시한 것이다. 샌드위치 면역반응(Sandwich immunoassay)이란 캡쳐 항체와 디텍터 항체를 샌드위치 결합하는 형태의 면역반응을 말하는데, 디텍터 항체에 효소를 화학적으로 결합시켜 기질과의 정량적 반응을 유도한다. 이때, 캡쳐 항체는 자성 비드에 화학적 또는 물리적으로 결합되어 있으며 디텍터 항체는 효소와 결합되어 있는 컨쥬게이트를 이용한다. 이러한 자성 비드를 이용한 샌드위치 반응은 크게 2 가지 형태로 나눌 수 있는데, 세척을 몇 단계로 하느냐에 따라 1 스텝(1 step assay) 또는 2 스텝 반응(2 step assay)로 나누어 진다. 시료와 캡쳐 항체를 먼저 반응을 시키고, 세척 한 후, 디텍터 항체를 반응시키는 방법을 2 스텝 반응이라 하며, 구분 없이 캡쳐 항체와 디텍터 항체를 동시에 반응시키는 방법을 1 스텝 반응이라 한다(도 2).
샌드위치 면역반응과 함께 소량의 단백질 분자를 검출하는데 많이 이용되는 경쟁반응(Competition assay) 또한 2 가지 방법으로 나누어 진다. 자성 비드에 경쟁 단백질 또는 항체를 컨쥬게이션 하느냐에 따라 간접적 경쟁반응 또는 직접적 경쟁반응으로 나누어 지며, 면역반응의 단계 구분에 따라 1 스텝, 2 스텝 반응으로 나누어 진다. 예컨대, 도 3 은 경쟁반응 중 간접 경쟁반응과 직접 경쟁반응의 한 형태를 보여 주고 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에서는 반응 결과물의 검출에 형광 신호가 사용된다. 이 경우, 예를 들면 ALP(Alkaline phosphatase)와 MUP(4-Methylumbelliferyl phosphate)와 같은 효소-기질 반응을 이용한다. 효소의 한 종류인 ALP 는 탈인산화 반응을 일으키는 대표적인 효소이다. 4-MUP 는 ALP 함께 반응하여, 효소 가수분해에 의해 탈인산화가 비가역적으로 진행되며, 결과적으로 발생되는 4-MU(4-Methylumbelliferone)는 360 ㎚ 파장에 여기되어 450 ㎚ 파장을 방출하는 형광 특성을 가지게 되고, 이러한 형광 신호 세기를 검출하여, 이를 시료 중의 분석물의 농도를 결정하는데 사용한다.
본 발명에 따른 다른 실시예에서는 반응 결과물의 검출에 색변화(colorimetric methods)가 사용된다. 색변화 분석은 반응 결과물이 특정 가시광선 파장에서 광을 흡수하는 가시색(visible color)의 변화를 검출하는 것으로, 반응 결과물의 신호를 흡광도를 검출하여, 이를 시료 중의 분석물의 농도를 결정하는데 사용한다. 예를 들면 대표적인 효소 및 기질의 예는 퍼옥시다제와 이의 기질인 TMB(3,3',5,5' tetramethylbenzidine), DAB(3,3',4,4' diaminobenzidine) 및 4CN(4-chloro-1-naphthol), ABTS(2,2'-azinodi[3-ethyl-benzthiazoline]sulfonate, 및 OPD(o-phenylenediamine)을 들 수 있으나, 이로 제한하는 것은 아니다. 예를 들면 TMB 를 기질로 사용하는 경우 파란색이 생성되며, 이는 650 ㎚ 파장의 광으로 검출될 수 있고, ABTS 는 청녹색이 생성되며 이는 405 내지 410 ㎚ 의 광으로 검출될 수 있다. 또 다른 효소 기질의 예로는 ALP 와 이의 기질인 BCIP/NBT(5-bromo-4-chloro-3-indolylphosphate/nitroblue tetrazolium) 및 p-NPP(p-nitro-phenylphosphate)를 들 수 있으나, 이로 제한하는 것은 아니다. 이는 짙은 노란색을 생성하며, 이는 405 내지 410 ㎚ 파장의 광으로 검출될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 반응 결과물의 검출에 화학발광(chemiluminescent)이 사용된다. 화학 발광은 화학반응에 의해 생성된 여기 전자가 기저 상태로 되돌아가면서 방출되는 광이다. 광원이 필요없으며, 시간당 상대적 광량 RLU(relative light unit)으로 측정하여, 이를 시료 중의 분석물의 농도를 결정하는데 사용한다. 예를 들면 효소 및 기질의 예는 퍼옥시다제 및 이의 기질로 루미놀, 폴리페놀(예를 들면 파이로갤롤, 퍼퍼로갤린, 갤릭산, 및 엄벨리페론 등을 포함) 및 아크리딘 에스테르 또는 루시페린(이를 사용하는 경우, bioluminescence 라고 칭함)을 들 수 있으나, 이로 제한하는 것은 아니다. 또 따른 효소 및 기질의 예는 ALP 와 AMPPD(3-(2'-spiroadamantyl)-4-methoxy-4-(3"-phosphoryloxy)-phenyl-1,2-dioxetane)를 들 수 있으나, 이로 제한하는 것은 아니다.
이러한 분석에서는 특히 높은 특이성의 고감도의 검출이 필요하고, 이를 위해 비-특이적 또는 미-반응물의 제거가 요구된다. 즉, 검사과정에서 시약과 시료의 반응 후, 반응 결과물의 정확한 검출을 위해서는 반응 결과물의 정제 또는 분리(purification)가 필요하며, 본 발명에 따른 장치는 이러한 미 반응물의 효과적 제거에 최적화된 장치이다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는 미-반응물을 자성을 이용한 물리적 세척을 통해 제거한 후 특이적 반응의 결과물 만을 영구자석을 이용하여 자성 비드 형태로 분리하여 농축 시키고, 이 반응 결과물에 효소가 부착된 감지제(detector)를 선택적으로 결합시키고, 최종적으로 효소와 기질을 반응시켜 이로부터 나오는 반응 결과물의 신호를 검출하는데 최적화된 장치이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 사용되는 상기와 같은 반응은 장치에 장착된 큐베트내에서 액체 상태에서 수행된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는 큐베트에서의 상기와 같은 반응의 수행 및 반응 결과물의 검출을 위해 반응에 수행되는 여러 가지 파라미터의 특성을 고려하여 최적화된 반응 단계의 수행에 최적화된 것이다.
우선 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치(1)에 사용되는 큐베트(10)에 대해서 설명한다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치에 사용되는 큐베트(10)의 구조를 나타낸 도면이고, 도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치에 사용되는 분주 팁(20) 및 세척 팁(30)을 각각 나타낸 도면이며, 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치에 사용되는 큐베트(10)에 분주 팁(20)과 자성 또는 세척 팁(30)이 장착된 상태를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치(1)에 사용되는 큐베트(10)는 시료 중에 포함된 분석물의 검출을 위한 반응에 사용되는 것으로, 큐베트에서 시료와 시약의 반응이 수행되고, 반응 결과물이 생성되고, 상기 반응 결과물이 세척된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치(1)에 사용되는 큐베트(10)는, 도 4 및 도 6 에 도시된 바와 같이, 전후 방향으로 연장된 길다란 형상을 가질 수 있다. 또한, 큐베트(10)는 하나 이상의 끼움 홀과, 복수 개의 챔버를 포함할 수 있다. 이러한 챔버는 또한 웰로 언급될 수 있다.
끼움 홀은 검사가 시작될 때까지, 또는 검사 과정 중에 도 5 에 개시된 것과 같은 세척 팁(30), 및 분주 팁(20)이 끼워져 대기하는 곳으로서, 세척 팁 끼움 홀(21) 및 분주 팁 끼움 홀(31)이 각각 마련된다.
상기 챔버는 시료 충진 챔버(12), 완충액 및 희석용 챔버(13a, 13b, 13c 및 13d), 반응 챔버(14), 세척 챔버(15), 및 검출 챔버(16)를 순서대로 포함하여 구성될 수 있다.
대안적으로 도 4 및 도 6 에 도시된 바와 같이 상기 챔버에서 시료 충진 챔버(12) 다음에 세척 팁 끼움 홀(21) 및 분주 팁 끼움 홀(31)이 마련되고, 이어, 완충액 및 희석용 챔버(13a, 13b, 13c 및 13d), 반응 챔버(14), 세척 챔버(15), 및 검출 챔버(16)를 순서대로 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 챔버는 시약의 변성 또는 오염 등을 막기위해 소정의 밀봉막(미도시)에 의해서 밀봉되어 있을 수 있다.
시료 충진 챔버(12)는 예컨대, 각종 시료 예를 들면 분석대상이 되는 생물학적 시료가 충진되도록 마련되며, 앞서 언급한 바와 같이 세척 팁 끼움 홀(21) 및 분주 팁 끼움 홀(31)의 전방 또는 후방에 형성될 수 있다.
완충액(또는 버퍼라고도 칭함) 및 희석 챔버(13a, 13b, 13c 및 13d)는 반응에 필요한 자성 비드(magnetic bead, MB) 버퍼, 검출버퍼, 시료 희석 버퍼가 충진(13a, 13b, 13c) 되고, 시료를 희석(13d) 할 수 있도록 시료 충진 챔버(12) 또는 의 세척 팁 끼움 홀(21) 및 분주 팁 끼움 홀(31)후방에 위의 순서대로 마련된다.
반응 챔버(14)는 시료와 시약 간의 반응이 수행되도록 마련되며, 완충액 및 희석용 챔버의 후방에 형성된다.
세척 챔버(15)는 반응 챔버에서의 반응 후에, 반응 결과물의 세척이 이루어질 수 있는 챔버로 복 수개를 포함할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 세 개(15a, 15b 및 15c)를 포함한다.
검출 챔버(16)는 시료와 시약이 반응하여 생성된 반응 결과물의 검출이 수행되는 곳으로, 세척 챔버(15)에서의 세척 후의 반응 결과물에서 분석물의 존재를 검출할 수 있도록 마련된다. 검출 챔버(16)는 세척 챔버(15)의 후방에 형성되며, 형광 신호의 검출을 위해 광 투과성을 갖게 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 큐베트(10)는 바코드 또는 QR 코드(미도시)를 추가로 포함할 수 있으며, 이는 본 발명에 자동화된 액상 면역분석 장치(1)에 삽입되는 후술하는 칩과 연동되어 사용된다. 본 발명에서 바코드는 UPC-A, UPC-E, EAN, Code 3 of 9, Interleaved 2 of 5, Code 128, UCC/EAN-128, Codabar, PostNet, Pharmacode, or PDF-417 를 포함하나 이로 제한하는 것은 아니며, 또는 1D 바코드 또는 2D 바코드를 포함하나 이로 제한하는 것은 아니다. 바코드 또는 QR 코드는 시료의 종류에 따른 분석물의 종류 등을 부호화 한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치(1)에 사용되는 큐베트(10)에는 분주 팁(20) 및 세척 팁(30)이 장착된다.
분주 팁(20)은 시료 및/또는 상술한 챔버간, 즉 하나의 챔버에 서 다른챔버로 시약의 분배 또는 분주를 위해 후술하는 채취 암(556)과 체결되어 사용되는, 일회용 마이크로팁(예를 들면 2-1000 ㎕ 용량의 마이크로파이펫 팁)을 포함하여 구성될 수 있다. 분주 팁(20)은 관 형상을 가지고, 그 끝단으로 갈수록 그 직경이 점점 작아져 그 끝단부는 뾰족한 형상을 가질 수 있다.
위와 같은 분주 팁(20)은 별도의 시약공급 장치 및 오염을 세척하는 수단을 구비하지 않는 장비와 사용될 수 있어, 장비의 작동이 간소화 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 사용되는 복수개의 큐베트는 각각의 큐베트 별로 분주 팁 및 세척 팁을 각각 장착할 수 있도록 구성되어 있어, 다른 큐베트에 사용되는 팁과 구분되어 사용될 수 있어, 오염을 방지할 수 있다. 기존의 금속재질의 주사바늘을 사용하는 자동화 장비의 경우, 오염을 방지하기 위하여, 이를 세척하기 위한 장치를 구비하여야 하기 때문에, 별도의 장치 구성으로 부피가 커지고, 이를 세척하기 위한 별도의 과정이 필요하며, 검사 비용이 증가하는 문제점이 있다.
특히, 분주 팁(20)은 큐베트(10)의 분주 팁 끼움 홀(21)에 끼워져 안착되어 있다가 검사 과정이 시작되면 후술하는 채취 암(556)에 체결되어 펌프 유닛(506)과 더불어 챔버 간의 시료 또는 시약의 분배 또는 분주를 위해 흡입 또는 배출하는 역할을 한다. 또한 검사 과정 중에, 제 1 큐베트에서 반응이 일어나는 동안에, 제 2 또는 제 3 큐베트에서의 반응을 수행하기 위해, 제 1 큐베트에서 사용하는 분주 팁을 임시로 끼움 홀(21)에 보관할 수 있어, 중간에 팁을 교체하지 않고, 검사가 종료될 때까지 하나의 큐베트에는 한 개의 팁만을 사용할 수 있어, 간편하면서도, 반응 시간을 줄일 수 있는 장점이 있다. 이는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 작동 과정에서 보다 상세히 설명된다.
세척 팁(30)은 소정의 높이와 폭을 갖고 관 형상을 갖되 하단이 밀폐되어 있는 부재로서, 상부에 소정의 깊이와 내경을 갖는 투입 홀이 형성되어 있다. 세척 팁(30)은 자성을 전달할 수 있도록 비 자성 재질로 구성되며, 세척 암에 대해 고정하는 것 및 세척 암으로부터 분리시키는 것이 용이하도록 유연한 재질로 구성될 수 있다. 세척 팁(30) 또한, 큐베트(10)의 세척 팁 끼움 홀(21)에 끼워져 안착되어 있다가 검사 과정이 시작되면 스트로 암(554)에 체결되어 후술하는 바와 같이 세척을 수행하게 된다. 또한 검사 과정 중에, 제 1 큐베트에서 반응이 일어나는 동안에, 제 2 또는 제 3 큐베트에서의 반응을 수행하기 위해, 제 1 큐베트에서 사용하는 세척 팁을 끼움 홀(31)에 보관할 수 있어, 하나의 큐베트에는 한 개의 팁만을 사용할 수 있어, 간편하면서도, 반응 시간을 줄일 수 있는 장점이 있다. 이는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 작동 과정에서 보다 상세히 설명된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 큐베트는 3 개가 사용되며, 세 종류의 분석을 수행하기에 최적화된 것이다. 예를 들면 동일한 생물학적 시료에서 세 가지 종류의 다른 분석물 예를 들면 갑상선 진단을 위한 FT4(Free thyroxine), TSH(Thyroid stimulating hormone) 및 T3(triiodothyronine), 그리고 기형아 검사를 위한 hCG(chorionic gonadotropin), E3(Estriol) 및 AFP(Alpha Feto Protein)를 들 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치(1)에 대해서 설명한다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치(1)를 나타낸 도면이며, 도 8 및 도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치(1)에서 하우징(100)을 생략하여 서로 다른 방향에서 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치(1)는, 큐베트(10)를 삽입하여 시료를 검사하는 자동화된 액상 면역분석 장치(1)으로서, 하우징(100), 프레임(200), 큐베트 모듈(300), 광학 판독 모듈(400), 및 디스펜서 모듈(500)을 포함하여 구성될 수 있다.
하우징(100)은, 자동화된 액상 면역분석 장치(1)의 전체 외장을 이루는 것으로, 그 내부로 이물질의 유입을 차단하는 역할을 함께 수행한다.
하우징(100)에는 조작을 위한 각종 입력부, 및 출력을 위한 디스플레이부(110)가 구비될 수 있다. 또한, 하우징(100)에는 큐베트(10)가 삽입되는 인입출구(120)가 구비된다. 인입출구(120)를 통해 큐베트(10)가 하우징(100)의 내부로 들어가면 하우징(100)을 통해 큐베트(10)에 포함된 챔버에 이물질이 유입되는 것이 차단되므로 보다 정확한 시료 검사를 수행할 수 있다.
프레임(200)은 하우징(100) 내에 마련되어 상기 큐베트 모듈(300), 광학 판독 모듈(400), 및 디스펜서 모듈(500) 등이 고정되도록 할 수 있다. 프레임(200)은, 하부 프레임(210), 제 1 사이드 프레임(220), 제 2 사이드 프레임(230), 및 후방 프레임(240)을 포함하여 구성될 수 있다.
하부 프레임(210)은 자동화된 액상 면역분석 장치(1)의 아래 부분에 배치된다. 하부 프레임(210)은 소정의 면적을 갖는 플레이트 형태의 구조를 가질 수 있다.
제 1 사이드 프레임(220)과 제 2 사이드 프레임(230)은 상기 하부 프레임(210)의 좌, 우에 각각 배치되며, 소정의 높이를 갖고 세워지게 구성될 수 있다. 아울러, 제 1 사이드 프레임(220)과 제 2 사이드 프레임(230)은 각각 홀더(310)의 전후 방향 변위를 안내하는 가이드 공간(222, 232)을 가질 수 있다.
후방 프레임(240)은 장치의 후방에 위치하며, 소정의 제어 장치 등이 고정될 수 있도록 마련될 수 있다.
도 10a, 도 10b 및 도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치의 홀더(310) 및 홀더(310) 내에 큐베트(10)가 탑재된 형태를 나타낸 도면이다. 도 12 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치에서 리무버 모듈(340)의 구조를 나타낸 도면이다. 도 13 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치의 내부의 후방을 나타낸 도면이다.
이하 큐베트 모듈(300)에 대해서 설명한다.
큐베트 모듈(300)은 하우징(100) 내에 구비되며, 큐베트(10)가 수납되고 수납된 큐베트(10)를 전후 방향으로 이동시키는 장치이다.
큐베트 모듈(300)은, 홀더(310), 홀더구동부(320), 및 홀더안내부(330), 및 리무버 모듈(340)을 포함하여 구성될 수 있다.
홀더(310)는 큐베트(10)가 안착될 수 있는 부재이다. 예컨대, 홀더(310)는 상기 하부 프레임(210) 상에 배치되되 하우징(100)의 인입출구(120)의 후방에 배치될 수 있다. 따라서 인입출구(120)를 통해 큐베트(10)를 홀더(310)에 끼워 밀어 넣을 수 있다.
한편, 상기 홀더(310)는 하나 이상의 상기 큐베트(10)가 각각 삽입되어 장착될 수 있도록, 슬롯 형태의 장착 채널(312)을 가질 수 있다. 상기 장착 채널(312)은 전후 방향으로 길게 연장되며 전방으로 개방된 구성을 가질 수 있다.
장착 채널(312)의 후방 단부에는 검사 홀(314)이 형성된다. 검사 홀(314)은 상하 방향으로 관통되게 구성된 부분이다. 따라서, 홀더(310)의 장착 채널(312) 내에 큐베트(10)가 수납되어 장착되면 홀더(310)의 후방 일 부분의 하부는 상기 검사 홀(314)을 통해 하방향으로 노출된다. 구체적으로, 큐베트(10)의 후방에 배치된 검출 챔버(16)의 하부가 상기 검사 홀(314)을 통해 하방향으로 노출될 수 있다.
또한, 상기 장착 채널(312)은 상기 홀더(310)에 복수 개 형성되어, 상기 각각의 장착 채널(312)에 큐베트(10)가 삽입되고 복수 개의 큐베트(10)에 대한 검사가 이루어질 수 있다. 이때, 하나의 홀더(310)에 복수 개의 상기 장착 채널(312)이 서로 측방향으로 나란하게 배열되는 배치를 가질 수 있다.
홀더(310)의 하부는 열판(316) 및 열판 전원부(318)를 구비한다. 이는 반응이 진행되는 동안 큐베트 및 큐베트에 포함된 반응물을 일정한 온도로 유지되도록 자동으로 제어하기 위함이며, 이는 온도에 민감하게 반응하는 생체시료의 특성에 따라, 검사의 정밀성 및 정확성을 보장한다.
열판(316)은 홀더(310)를 가열하여 대류에 의해 큐베트(10)와 큐베트 및 이 내부에 포함된 시료 및 반응물을 일정한 온도로 가온 및 특정 온도로 유지하는 기능을 한다. 온도는 내장된 프로그램에 의해 자동으로 제어 된다. 자동 제어를 위해 온도 센서가 채용되며, 본 발명의 일 실시예에서는 홀더, 열판, 및 장치 내부에 온도 센서가 사용된다. 장치의 온도 센서는 장치 내부의 온도는 광학계에 영향을 미치기 때문에, 장치 내부의 온도 제어에 사용된다. 열판의 온도 센서는 열판의 온도 제어, 홀더의 온도 센서는 홀더의 온도를 측정하여 열판을 피드백 방식으로 제어한다.
홀더구동부(320)는 홀더의 위치를 조정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 홀더구동부(320)를 홀더(310)에 대해서 전후 방향의 힘을 가하는 부재로 구성할 수 있다. 홀더구동부(320)는, 홀더(310)가 고정되는 이동식 바디(322), 구동 모터, 및 상기 구동 모터의 동력을 이동식 바디(322)에 전달하는 소정의 전달 부재를 포함할 수 있다. 구동 모터로는 서보 모터, 스텝 모터, DC 모터 등을 사용할 수 있다.
홀더안내부(330)는 홀더(310)의 전후 방향 변위를 안내하도록 구비된다. 홀더안내부(330)는 전후 방향으로 연장되는 소정의 안내 레일, 및 상기 안내 레일에 연결되어 안내 레일을 따라서 전후로 이동 가능하며 상기 이동식 바디(322)에 연결되는 소정의 가이드부를 포함하여 구성될 수 있다.
리무버 모듈(340)은 면역 검사 중 분주 팁과 세척 팁의 사용 후, 면역 반응시간(인큐베이션) 동안 다른 큐베트에서 시약을 분주/믹싱하기 위해, 또는 각 큐베트에서 반응이 종료된 후, 상기 팁을 제거하기 위한 부재이다.
리무버 모듈(340)은, 제 2 사이드 프레임(230)에 고정될 수 있는 소정의 구동 장치(342), 및 상기 구동 장치(342)에 의해서 변위될 수 있는 소정의 리무버 플레이트(350)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 구동 장치(342)와 리무버 플레이트(350)는 소정의 샤프트(344)에 의해서 연결될 수 있다.
리무버 플레이트(350)는 도 8 에 도시된 바와 같이 홀더(310)와 디스펜서 모듈(500)의 사이에 오도록 위치되어 있다. 도 12를 참조하면, 리무버 플레이트(350)는 플레이트 바디(352)를 갖고, 상기 플레이트 바디(352)에는 세 개의 리무버 홀(354a, 354b, 및 355)이 일렬로 형성된 리무버 라인이 형성되어 있다. 리무버 라인은 홀더(310)에 형성된 장착 채널(312)의 수에 상응하는 개수가 형성된다. 리무버 라인의 두 개의 리무버 홀(354a, 354b)은 서로 연결되어 있는 방식으로 형성되어 있고, 홀더(310)와 디스펜서 모듈(500)의 사이에 오도록 위치되어 각각 후술하는 펀칭 암(552) 및 스트로 암(554)이 통과한다. 리무버 라인의 단독으로 형성되어 있는 한 개의 리무버 홀(355)은 채취 암(556)이 통과한다.
각 리무버 홀(354a, 354b, 355)에는 일 측으로 함몰된 함몰부(356)를 가질 수 있다. 따라서, 채취 암(556)에 채결된 분주 팁(20), 스트로 암(554)에 채결된 세척 팁(30)이 상기 상응하는 리무버 홀(354a, 354b, 355)내에 위치한 상태에서 상기 채취 암(556)이 상기 함몰부(356)에 위치하도록 리무버 플레이트(350)가 좌측 수평방향으로 변위하고, 이때 상기 분주 팁(20)의 상단의 일부는 상기 플레이트의 상기 함몰부 아래에 위치하게 되고, 상기 채취 암 또는 상기 스트로 암이 상방향으로 이동하면, 상기 채취 암(556)에 채결된 분주 팁(20) 또는 상기 스트로 암(554)에 채결된 세척 팁(30)의 상단 일부에 힘이 가해져, 각각의 암으로부터 제거될 수 있다.
리무버 홀(355)은 분주 팁(20) 또는 세척 팁(30)의 상단의 면적보다 넓어서, 분주 팁을 장착한 채취 암 또는 세척 팁을 장착한 스트로 암이 리무버 홀을 통과할 수 있도록 한다. 함몰부(356)는 채취 암 또는 스트로 암의 반경보다 커서 채취 암 또는 스트로 암이 함몰부에 안착될 수 있는 것이 바람직하다. 함몰부(356)는 분주 팁 또는 세척 팁의 상단이 돌출된 부분에 걸릴 수 있도록 분주 팁 또는 세척 팁 상단의 면적 보다 작게 형성하는 것이 바람직하나 분주 팁 또는 세척 팁을 채취 암 또는 스트로 암과 분리할 수 있으면 형상은 크게 무관하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 사용되는 큐베트(10)에서 일어나는 반응은 시작부터 검출할 때까지 최소 2 회 이상의 인큐베이션 과정을 필요로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 리무버 모듈(340)이 구비됨으로써 다음에 설명하는 바와 같이, 하나의 큐베트에서는 한 개씩의 분주 팁 및 세척 팁만 사용하면서도, 인큐베이션 시간 동안 다른 장차 채널(312)에 장착된 다른 큐베트에서의 반응 준비를 할 수 있는 장점이 있다.
구체적으로, 제 1 장착 채널(312)에 장착된 큐베트에서 면역 반응이 일어나도록 하는 제 1 인큐베이션 시간 동안에, 제 2 장착 채널에 구비된 큐베트에 시약을 분주/혼합하기 위해, 제 1 채널에 사용되었던 분주 팁(20) 및 세척 팁(30)을 제 1 큐베트의 상응하는 위치(21 및 32)에 임시로 보관하고, 상기 제 1 인큐베이션 시간 경과 후에 상기 임시 보관 중인 분주 팁(20) 및 세척 팁(30)을 재사용할 수 있다. 즉, 리무버 모듈(340)이 없을 경우, 제 1 장착 채널에서 일단 사용된 분주 팁(20) 또는 세척 팁(30)은 재사용하지 못하고, 버린 후 제 1 인큐베이션 경과 후에, 새롭게 장착하여 다음 과정을 수행하여야 하므로, 장착 채널에 구비된 큐베트 한 개당, 최소 2 개씩의 분주 팁(20) 및 세척 팁(30)이 필요하게 된다. 그러나, 본 발명은, 리무버 모듈(340)이 구비됨으로써, 각 큐베트 당 한 개씩의 분주 팁(20)과 세척 팁(30)만으로도 검사 과정을 수행할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치는 표준 블록(360)을 포함할 수 있다. 표준 블록(360)은 홀더(310)에 고정되어 홀더(310)와 함께 일체로 변위하며, 홀더(310)의 후방에 위치할 수 있다. 바람직하게는, 표준 블록(360)은 상기 검사 홀(314) 중 적어도 하나의 검사 홀(314)의 후방에 위치 할 수 있다.
표준 블록(360)은 상하 방향으로 관통된 소정의 광학 홀(362)을 가지며, 상기 광학 홀(362)에는 광학적으로 검출되거나, 또는 포착될 수 있는 소정의 광학 수단이 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 표준 블록(360)은 광학 수단을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서 표준 블록(360)에 포함된 광학 수단은 소정의 형광 값을 갖는 형광 측정 표준 물질을 탑재한다. 형광 측정 표준 물질은 반응 결과물에 검출되는 형광의 종류의 맞추어 적절한 여기 및 방출 파장을 갖는 물질이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 여기(excitation) 파장이 360 ㎚ 이고, 방출(emission) 파장이 450 ㎚ 인 4-Methylumbelliferone sodium salt 가 사용되나, 이로 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 실시예에서 표준 블록(360)에 포함된 광학 수단은 가시색(visible color)의 흡광도 측정 표준 물질을 탑재한다. 흡광도 측정 표준 물질은 반응 결과물에 검출되는 가시색의 흡광도 영역에 맞추어 적절한 것이 선택될 수 있으며 본 발명의 일 실시예에서는 유리(glass plate), 플라스틱(plastic plate), 겔(gel), 적절한 액상 용액 등이 사용되나, 이로 제한되는 것은 아니다.
이는 광학 분석에서 반응 종료 후에 반응 결과물의 형광 또는 흡광도 값을 측정할때, 상기 표준 블록(360)에 탑재된 표준 형광 또는 흡광도를 먼저 스캔하고 반응 결과물의 신호값을 측정하여 이를 비율로 표시한다. 이는 기기간의 편차를 없애기 위한 것으로 표준 물질을 이용하여 측정값과의 비를 계산하고, 이 비는 마스터 칼리브레이션 그래프로 내장되어 있는 데이터와 대조하여 시료 중의 분석물의 농도를 정확하게 계산한다.
형광 또는 흡광도 신호를 측정하는 경우, 장비간의 형광 값의 절대치는 상이한 것이 일반적이다. 따라서 형광 절대값으로 농도를 계산할 경우, 장비에 의한 오차가 발생할 수 있는 문제점이 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예와 같이 표준 블록의 표준 물질을 이용하여 측정값 과의 비를 이용하는 경우 장비간 측정값의 오차를 줄이고 정확도 및 재현성이 향상된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장치는 표준 블록(360)을 포함하지 않을 수 있거나, 또는 표준 블록(360)을 포함하더라도, 이를 사용하지 않을 수 있다. 예를 들면, 반응 결과물에서 검출되는 신호가 화학발광인 경우에는 표준 블록을 포함하지 않거나, 표준 블록을 포함해도, 이는 사용되지 않을 수 있다. 이 경우, PMT, Avalanche photodiode 와 같은 광 디텍더를 포함하며, 또한 상대적 광량을 측정하기 위해, 정해진 일정시간 동안의 빛의 양을 측정하기 위한 수단으로 하드웨어 또는 소프트웨어 적으로 구현된 셔터를 구비할 수 있으며, 이를 통해 장치간 검출 신호의 편차를 비교하여 이를 보정할 수 있다.
홀더구동부(320)가 작동하면 홀더(310)가 전후 방향으로 변위할 수 있다. 이때, 홀더(310)가 후방으로 일정 거리만큼 이동하면 홀더(310)에 고정된 표준 블록(360)은 후술하는 광학 판독기(410) 상에 위치하게 된다. 따라서, 상기 표준 블록(360)의 형광 신호를 광학 판독기(410)가 포착할 수 있다.
또한, 홀더(310)가 후방으로 끝까지 이동하면, 홀더(310)의 후방 하부는 후술하는 광학 판독 모듈(400)상에 위치한다. 따라서, 홀더(310)의 장착 채널(312)에 큐베트(10)가 장착된 상태로 홀더(310)가 후방으로 끝까지 이동하면 큐베트(10)의 후방에 배치된 검출 챔버(16)의 하부가 상기 검사 홀(314)을 통해서 광학 판독 모듈(400)에 노출될 수 있다.
홀더(310)의 변위는 홀더안내부(330)에 의해서 안내되므로 요동 없이 안정적으로 이루어질 수 있다. 특히, 풀리 - 벨트 타입의 홀더구동부(320)가 마련됨에 따라서, 이동시 발생되는 마찰에 따른 진동 및 이물질을 방지할 수 있으므로, 기어 타입에 비해서 보다 정확한 검사가 이루어질 수 있다.
이하, 광학 판독 모듈(400)에 대해 상세히 설명한다.
광학 판독 모듈(400)은 큐베트(10) 내의 반응 결과물의 신호를 측정하기 위해 마련된다. 바람직하게는, 광학 판독 모듈(400)은 광학 판독기(410), 판독기 구동부(420), 및 판독기 안내부(430)를 포함하여 구성될 수 있다.
광학 판독 모듈(400)에 의한 광학 분석을 수행한다. 이러한 광학 분석은 반응 결과물의 형광 신호, 가시색 또는 화학발광의 측정을 포함하며, 상기 각 신호에 대한 정의를 앞서 언급한 바를 참조할 수 있다.
광학 판독기(410)는 홀더(310)가 후단으로 이동하였을 때, 홀더(310)의 아래에 위치하는 배치를 갖는다. 따라서, 큐베트(10)가 홀더(310) 내에 수납된 상태로 홀더(310)가 후방으로 이동하면 큐베트(10)의 검출 챔버(16)가 광학 판독기(410) 상에 위치하게 된다. 따라서 검출 챔버(16) 내의 반응 결과물에 대한 형광값에 대한 측정이 광학 판독기(410)에 의해 이루어질 수 있다.
광학 판독기(410)는 큐베트(10)의 검출 챔버(16)의 반응 결과물의 신호를 판독하여 시료 중에 포함된 특정 대상 분석물을 정성 및/또는 정량적으로 분석할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시예에서 광학 판독 모듈의 광학 판독기(410)는 형광 신호를 검출한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 분석물의 검출에 사용된 형광 물질의 종류에 맞춰 특정 파장의 빛을 조사하고 방출된 빛을 판독 할 수 있도록 구성된다.
예를 들면 도 16a 와 같은 구성을 포함할 수 있다. 반응 결과물(650)을 분석하기 위해, 광학 판독기(410)는 광원(610), 콜리메이팅 렌즈(620), 빔스플리터(630), 포커싱 렌즈(640a), 필터(660a), 포커싱 렌즈(670a), 광검출기(680a)를 구비할 수 있다.
광학 판독기(410) 내에는 출력이 조절될 수 있는 상기 형광 신호의 측정을 위해 형광 물질을 충분히 여기 시킬 수 있는 광원(610), 즉 소정의 발광 소자가 구비될 수 있다. 이러한 발광 소자의 예로는 Xenon 램프, UV 레이저 또는 LED(Light Emitting Diode)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서는 LED 가 사용된다. LED 는 Xenon 램프, UV 레이저 등과 비교하여 비용이 저렴하고 장비의 소형화도 가능하게 한다. 본 발명의 일 실시예에서는 LED 의 사용시, 온도와 전원부의 안정화를 위해 피드백 회로를 내장하고 있으며, 또한 2 개의 핀홀을 사용하여 확산형 LED 를 평행광화 시킨다.
특히 앞서 언급한 바와 같이 형광값의 측정 전에 표준 블록(360)에 광을 조사하여, 포착되는 형광의 광량을 통해 게인(gain)을 자동으로 조절하여 발광 소자의 출력이 일정 값이 되도록 조절할 수 있어, 정확한 농도의 계산이 가능하다.
한편, 상기 광학 판독기(410)는 2 가지 이상의 광원을 가질 수 있고, 각각의 광원은 서로 상이한 파장을 갖는 광을 생성할 수 있다. 아울러, 서로 상이한 파장의 형광을 각기 측정할 수 있다. 따라서 진단 시험 방법에 대한 응용 범위가 넓어지며 보다 감도가 우수해질 수 있다.
아울러, 상기 광학 판독기(410)는 바코드 스캐너 기능을 가질 수 있으며, 따라서 큐베트(10)에 소정의 바코드가 마련된 경우 해당 바코드를 통해 소정의 신호, 정보 교환 등을 수행하도록 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 광학 판독 모듈의 광학 판독기(410)는 반응 결과물(650)의 가시색의 흡광도 측정을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 분석물의 검출에 사용된 물질의 종류에 맞춰 반응 결과물에 빛을 조사해서 흡광도를 측정할 수 있다. 한편, 광학 판독기(410) 내에는 출력이 조절될 수 있는, 상기 가시색의 흡광도 측정에 적절한 흡광 파장 영역대를 방출할 수 있는 광원을 포함한다. 이러한 발광 소자의 예로는 백색광원과 같은 흡광 파장대를 포함하는 램프, LED, 레이저 등을 포함할 수 있으나, 이로 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 광학 판독기(410)는 반응 결과물의 화학발광 신호 측정을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 분석물의 검출에 사용된 화학발광 물질의 종류에 맞추어 방출되는 빛을 검출할 수 있도록 구성되며, 빛의 발광 세기를 시간대별로 측정하기 때문에, 빛의 포집을 위한 렌즈와 광검출기로 구성되어 있다.
예를 들면 도 16b 와 같은 구성을 포함할 수 있다. 반응 결과물(650)을 분석하기 위해, 광학 판독기(410)는 포커싱 렌즈(640b, 670b), 광검출기(680b)를 포함한다. 보다 정밀한 분석을 위해서 필터(660b)를 더 포함할 수 있다, 이 때 광학 판독기(410) 내에는 발광소자 또는 광원을 포함하지 않으며, 대신에 PMT(photo multiplier tube), Avalanche photodiode 와 같은 광검출기(680b)를 포함한다.
또한 상대적 광량을 측정하기 위해, 정해진 일정시간 동안의 빛의 양을 측정하기 위한 수단으로 하드웨어 또는 소프트웨어적으로 구현된 셔터를 구비할 수 있으며, 또한 이를 통해 장치간 검출 신호의 편차를 비교하여 이를 보정할 수 있다.
판독기 구동부(420)는, 하우징(100)의 내부에 구비되며, 광학 판독기(410)를 이동시켜서 복수의 큐베트(10) 중 어느 하나의 큐베트(10)에 상기 광학 판독기(410)가 위치하도록 하여 해당 큐베트(10)의 시료 검사를 수행하도록 할 수 있다. 즉, 판독기 구동부(420)는 광학 판독기(410)의 위치를 홀더(310)의 검사 홀(314)에 맞추어 이동할 수 있다.
예컨대, 판독기 구동부(420)는 광학 판독기(410)를 좌우로 이동시킬 수 있도록 하는 소정의 구동 모터(422), 피동 풀리(424), 및 피동 풀리(424)와 광학 판독기(410)를 연결하는 소정의 브라켓을 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 구동 모터의 작동에 따라서 광학 판독기(410)가 이동할 수 있다.
판독기 안내부(430)는 광학 판독기(410)의 좌우 방향 변위를 안내하도록 구비된다. 판독기 안내부(430)는 소정의 안내 레일과, 안내 레일을 따라서 안내되며 광학 판독기에 고정되는 소정의 가이드부를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 광학 판독기의 좌우 방향 이동이 일 방향으로 정확하게 안내될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 이때, 홀더(310)가 후방으로 일정 거리만큼 이동하면 홀더(310)의 후방 하부의 표준 블록(360)은 광학 판독 모듈(400)의 광학 판독기(410)상에 위치한다. 따라서, 먼저 광학 판독 모듈(400)은 표준 블록(360)에서 포착된 형광 신호를 표준 형광으로 감지하게 된다.
이어서, 홀더(310)의 장착 채널(312)에 큐베트(10)가 장착된 상태로 홀더(310)가 후방으로 끝까지 이동하면 큐베트(10)의 후방에 배치된 검출 챔버(16)의 하부가 상기 검사 홀(314)을 통해서 광학 판독기(410)에 노출되어 광학 측정이 이루어질 수 있다.
이때, 앞서와 같이 표준 블록(360)에 의해서 포착된 형광 신호와 검출 챔버(16)에서 포착되는 형광 신호의 비율로 표시된다. 광학 판독 모듈(400)은 상기와 같은 비율을 마스터 캘리브레이션 그래프로 내장된 데이터와 대조하여 시료 중 분석물의 농도 계산을 가능하게 하는 소정의 알고리즘, 및 소정의 반복 측정 알고리즘을 가질 수 있다.
상기와 같이, 표준 블록(360)에 탑재된 표준 형광의 형광값과, 시료의 형광값을 비교하는 형태로 측정이 이루어짐에 따라서, 정확한 측정이 이루어질 수 있다. 즉, 일반적인 종래 기술에 의하면 장비에 따라서 형광값의 차이가 존재하며, 이러한 차이를 줄이기 위해 대부분 QC 단계에서 기기간의 차이를 줄이는 캘리브레이션 과정을 거칠 필요가 있었다. 그러나 이러한 과정에도 불구하고 기기 또는 시약의 변화로 인해서, 이러한 차이를 완전히 해소하기는 어렵다. 그러나, 본 발명에서는 표준 블록(360)에 탑재된 표준 형광이 레퍼런스로 작용함으로써, 위와 같은 문제가 해결될 수 있다.
이하에서는 디스펜서 모듈(500)에 대해서 설명한다. 도 14a 및 도 14b는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치(1)에서 디스펜서 모듈(500)의 구조를 나타낸 각각 다른 방향에서 분리하여 나타낸 도면이다.
디스펜서 모듈(500)은 시료, 시약 및/또는 반응 물질을 분배, 분주하고 세척하기 위해 구비되는 모듈이다.
디스펜서 모듈(500)은 구동 유닛(502), 디스펜서유닛(504), 및 펌프 유닛(506)을 포함한다.
먼저, 구동 유닛(502)에 대해서 설명한다.
구동 유닛(502)은 디스펜서유닛(504)을 좌우 수평으로 이동시키는 역할을 한다. 따라서, 디스펜서유닛(504)은 구동 유닛(502)에 의해서 수평 이동되어, 디스펜서유닛(504)을 구동 유닛의 아래에 병렬로 나란하게 위치한 복수개의 큐베트(10) 중 어느 하나의 큐베트(10) 상의 특정 챔버에 위치할 수 있게 된다.
구동 유닛(502)은, 고정 바디(510), 및 좌우 수평 구동부(520)를 포함하여 구성될 수 있다.
고정 바디(510)는 소정의 면적을 갖고 좌우 방향으로 길게 연장될 수 있다. 고정 바디(510)는 좌우 방향으로 연장된 프론트 바디(512)와, 프론트 바디(512)의 일 측에 마련되어 펌프 유닛(506)이 고정되는 사이드 바디(514)를 포함할 수 있다.
좌우 구동부(520)는 고정 바디(510)에 배치되며, 후술하는 디스펜서유닛(504)을 좌우 수평으로 이동시키는 구동 수단이다. 좌우 구동부(520)는 동력을 발생시키는 소정의 구동 모터와, 상기 구동 모터에 의해서 좌우로 변위할 수 있는 소정의 이동 브라켓을 포함할 수 있다. 또한, 상기 이동 브라켓의 변위를 안내할 수 있는 소정의 안내 수단(530)을 구비할 수 있다. 그 외에, 동력을 전달하는 소정의 피동 풀리 부재를 포함할 수 있다.
다음으로, 디스펜서유닛(504)에 대해서 설명한다. 디스펜서유닛(504)은 좌우 이동 바디(540), 상하 이동 바디(542), 상하 구동부(544), 암 유닛(550)을 포함하여 구성될 수 있다.
좌우 이동 바디(540)는 좌우 구동부(520)에 연결된다. 앞서 설명한 바와 같이, 좌우 구동부(520)가 소정의 이동 브라켓을 포함하며, 상기 좌우 이동 바디(540)가 상기 이동 브라켓에 연결되어 좌우 수평으로 변위할 수 있다.
상하 이동 바디(542)는 좌우 이동 바디(540)의 전방에 배치된다. 상하 이동 바디는 상하 구동부(544)에 의해서 상하로 변위할 수 있다.
상하 구동부(544)는 좌우 이동 바디(540)에 배치되며, 상하 이동 바디(542)를 상하 방향으로 이동시키는 구동 수단이다. 상하 구동부(544) 또한, 동력을 발생시키는 소정의 구동 모터와, 상기 구동 모터에 의해서 좌우로 변위할 수 있는 소정의 이동 브라켓을 포함할 수 있다. 또한, 상기 이동 브라켓의 상하 방향 변위를 안내할 수 있는 소정의 안내 수단(546)을 구비할 수 있다. 그 외에, 동력을 전달하는 소정의 피동 풀리 부재를 포함할 수 있다.
암 유닛(550)은 상기 상하 구동부(544)에 의해서 상하 이동할 수 있으며, 동시에 구동 유닛(502)에 의해서 좌우 이동할 수 있는 부재이다. 암 유닛(550)은 상하 이동 바디(542)에 연결되며 서로 수평방향으로 각각 이격된 위치에서 하방향으로 연장되는 펀칭 암(552), 채취 암(556), 및 스트로 암(554)을 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 암 유닛(550)은 펀칭 암(552), 채취 암(556), 및 스트로 암(554)이 일체로 구성되는 일체형 모듈을 구성할 수 있다.
펀칭 암(552)은 하단에 펀칭 팁(553)이 구비되며, 큐베트(10)의 밀봉 커버를 뚫어 개방시키는 부재로, 큐베트(10)의 해당 챔버를 덮고 있는 밀봉 부위를 뚫는다.
스트로 암(554)은 상하 방향으로 관통되어 상하 중공(555)을 갖게 구비된다. 스트로 암(554)은 상기 세척 팁(30)의 투입 홀 내에 투입되어 끼워질 수 있는 외경을 갖는다.
채취 암(556)은 하단에 분주 팁(20)이 고정될 수 있도록 마련된다. 채취 암(556)은 상기 분주 팁(20) 내에 투입되어 끼워질 수 있는 외경을 가질 수 있다.
바람직하게는, 펀칭 암(552), 스트로 암(554), 채취 암(556)은 전후 방향으로 일렬로 배치될 수 있다.
세척 유닛(560)은 구동 모터(562), 및 자성 빔(564)을 포함하여 구성된다.
구동 모터(562)는 상하 이동 바디(542)에 고정되며, 자성 빔(564)에 연결되어, 자성 빔(564)을 상하 방향으로 변위시킬 수 있다. 한편, 반드시 구동 모터(562)에 한정하는 것이 아니며, 자성 빔(564)을 상하 변위시킬 수 있는 소정의 구동 장치가 마련되면 충분하다.
자성 빔(564)은 상하 방향으로 연장된 바 형태로 구성되며, 상기 스트로 암(554)의 상하 중공(555) 내에 배치된다. 자성 빔(564)은 자성을 가지며, 구동 모터(562)에 의해서 상하 방향으로 변위할 수 있어, 자성을 이용한 미-반응 물질을 분리하는 맥-익스트랙션(Mag-eXtraction)을 가능하게 한다.
펌프 유닛(506)은 구동 유닛(502)의 사이드 바디(514)에 고정된다. 펌프 유닛(506)은 소정의 배관(미도시)을 통해서 디스펜서유닛(504)의 채취 암(556)에 연결되어, 분주 팁(20)이 채취 암(556)에 연결된 상태로 큐베트(10)의 챔버에 삽입되면 흡입력 또는 배출력을 제공하는 역할을 한다. 구체적으로, 큐베트 모듈(300)에 의해서 큐베트(10)가 특정 지점에 위치하고, 구동 유닛(502)에 의해서 큐베트(10)의 챔버 상에 분주 팁(20)이 위치한 상태에서 분주 팁(20)이 챔버 내로 투입되면 분주 팁(20)에 대해서 흡입력, 또는 배출력을 제공할 수 있다. 바람직하게는, 펌프 유닛(506)은 회전식 미소 단계 제어가 가능한 모터(570)를 구비하여, 분주 팁(20)에 대해서 시료, 시약 또는 반응 결과물의 흡입 또는 배출시 그 양을 정확하게 조절하도록 구성될 수 있다.
도 15a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치에서 디스펜서 모듈의 개략적인 구조를 나타낸 구성도이다.
디스펜서 모듈은 이동 바디(541), 이동바디 구동부(543), 제어부(600)를 포함한다. 제어부(600)는 이동바디 구동부(543)를 제어하여 이동 바디(541)를 원하는 위치로 이동시킬 수 있다.
이동 바디(541)에는 펀칭 암(552), 스트로 암(554), 채취 암(556)이 고정되어 있다. 따라서 이동 바디의 이동에 의해 펀칭 암, 스트로 암, 채취 암이 일체로 이동하게 된다.
펀칭 암(552)의 하부에는 펀칭 팁(553)이 구비되어 있다. 펀칭 암이 하부의 큐베트의 밀봉을 뚫을 때, 펀칭 암과 이동 바디(541)에 함께 고정되어 일체로 이동하는 스트로 암과 채취 암이 하부의 큐베트와 간섭하지 않아야 한다. 즉, 이동 바디 하부로부터 펀칭 암(552)의 하부까지의 길이(B)는 스트로 암과 채취 암의 길이(A)보다 길어야 한다. 펀칭 암이 큐베트의 밀봉을 뚫기 위해 최대로 하강하여도 스트로 암과 채취 암이 큐베트에 닿지 않도록 적당한 길이를 설정할 수 있다.
세척 팁(30)을 장착한 스트로 암(554) 또는 분주 팁(20)을 장착한 채취 암(556)이 큐베트와 작업하는 경우 펀칭 암(552)이 하부의 큐베트와 간섭하지 않아야 한다. 따라서 이동 바디 하부로부터 펀칭 암(552)의 하부까지의 길이(B)는 스트로 암에 장착된 세척 팁의 끝부분 또는 채취 암에 장착된 분주 팁의 끝부분까지의 길이(C)보다 짧아야 한다. 즉, 세척 팁 및 분주 팁의 높이는 펀칭 암의 길이와 큐베트 내의 각 챔버의 깊이를 더한 것보다 커야 한다. 각 팁은 각 암과의 장착위치 및 각 챔버에서의 원활한 동작 거리를 감안하여 적당한 길이로 설정할 수 있다.
채취 암(556)은 하부에 분주 팁(20)을 고정하여 장착할 수 있다. 채취 암의 내부에는 상하로 관통된 채취 중공(557)을 구비한다. 채취 암의 중공은 배관(507)을 통해서 펌프 유닛(506)에 연결된다. 펌프 유닛(506)은 배관 및 채취 암의 중공을 통해서 분주 팁에 흡입력 및 배출력을 제공할 수 있다.
스트로 암(554)은 하부에 세척 팁(30)을 고정하여 장착할 수 있다. 스트로 암의 내부에는 상하로 관통된 상하 중공(555)을 구비한다. 스트로 암의 중공에는 상하로 이동 가능한 자성 빔(564)이 위치한다. 자성 빔을 상하로 이동시키기 위하여 구동 모터(562)를 구비한다. 이동 바디에 고정된 스트로 암에 대하여 자성 빔이 상대적인 운동을 할 수 있도록, 구동 모터(562)를 이동 바디에 고정하는 것이 바람직하다.
구동 모터와 자성 빔의 연결은 볼스크류 등을 이용한 리니어 액츄에이터, 기어 결합을 이용한 감속기, 래크와 피니언 등을 사용하여 연결할 수 있다.
도 15b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치에서 디스펜서 모듈의 세척팁 부위를 자세히 나타낸 확대도이다.
스트로 암(554)의 상하 중공(555)안에 자성 빔(564)이 배치된다. 자성 빔(564)은 구동 모터(562)와 연결되는 부분의 반대쪽 단부인 하부에 영구자석(565)을 구비할 수 있다. 영구자석(565)은 부착되는 자성 빔과 동일한 형상의 단면적을 가지는 것이 바람직하다. 자성 빔이 실린더 형상이면 동일한 지름을 가진 원통형 영구자석을 사용할 수 있다. 자성 빔(564)이 구동 모터(562)에 의해서 하강하면 스트로 암(554)에 끼워진 세척 팁(30) 내부에 영구자석이 배치되도록 할 수 있다.
영구자석(565)은 큐베트의 챔버 사이즈를 고려할 때, 지름은 2 ㎜ 내지 8 ㎜ 인 것이 바람직하다. 영구자석의 길이는 5 ㎜ 이상이면 자성 비드를 포집할 수 있으나, 1분 이내에 측정에 필요한 자성 비드를 포집하기 위해서는 10 ㎜ 이상을 사용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 30 ㎜ 이상을 사용하는 경우 40초 이내에 충분한 자성 비드를 포집할 수 있다. 그 영구자석의 모양은 원형, 사각형, 타원형 등 여러가지 모양을 목적이 따라 선택하여 사용할 수 있다.
이하에서는 도 17 내지 도 20을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 장치(1)의 작동에 대해서 설명한다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 방법의 전체적인 흐름을 나타내는 순서도이다.
먼저, 장치(1)의 홀더(310)의 장착 채널(312) 내에 큐베트(10)를 수납시킨다(S710). 이때 분주 팁(20) 및 세척 팁(30)을 상기 큐베트에 형성된 분주 팁 끼움 홀(21) 및 세척 팁 끼움 홀(31)에 장착한다(S720). 분주 팁(20) 및 세척 팁(30)을 큐베트(10)를 장착 채널(312)에 수납하기 전 또는 후에 할 수 있다. 이어 장치의 시작 명령에 의해 홀더(310)가 후방으로 이동한다(S730).
이어서, 디스펜서 모듈(500)이 작동하여 큐베트(10)의 밀봉 막(미도시)을 펀칭하여 오픈시킨다(S740). 펀칭 과정에서는 펀칭 암(552)이 사용된다. 이러한 펀칭 과정을 설명하면, 먼저 구동 유닛에 의해서 펀칭 암(552)이 큐베트(10) 상에 위치하게 되며, 이어서, 상하 구동부(544)에 의해서 펀칭 암(552)이 상하 이동하여 큐베트(10)의 밀봉 막을 펀칭하게 된다. 이 과정에서 큐베트 모듈(300)이 작동하여 큐베트(10)가 전방, 또는 후방으로 이동함으로써 큐베트(10)에 마련된 복수의 챔버에 대한 펀칭이 이루어질 수 있다.
이어서, 펀칭이 완료되면 큐베트(10)에 고정된 분주 팁(20) 상에 채취 암(556)이 위치하도록 큐베트 모듈(300) 및 디스펜서 모듈(500)이 작동한다. 이어서, 채취 암(556)이 하강하여 채취 암(556)의 하부에 분주 팁(20)을 끼워 고정한다(S750). 이후, 분주 팁(20)을 이용하여 시료 및/또는 시약의 분배, 분주가 이루어진다(S760).
이 때, 분주 과정을 자세히 살펴보면 다음과 같다. 먼저 채취 암이 고정된 이동 바디(541)를 이동시켜 분주 팁을 시료 용액에 투입한다. 그리고 채취 암의 중공에 연결된 펌프 유닛(506)을 작동시켜 분주 팁(20)에 흡입력을 인가하여 시료 챔버로부터 시료를 채취한다. 다음으로 이동 바디 구동부(543)를 구동시켜 이동 바디에 고정된 채취 암을 반응 챔버로 이동시킨다. 이때, 채취 암에 부착된 분주 팁 안의 시료도 반응 챔버로 이동된다. 즉, 채취된 시료를 반응 챔버로 이동시킬 수 있다. 그 다음에, 펌프 유닛(506)을 작동시켜 분주 팁(20)에 배출력을 인가하여 반응 챔버에 시료를 배출하여 분주를 마친다.
이 과정에서는 앞서 펀칭 과정과 같이, 큐베트 모듈(300)에 의한 큐베트(10)의 전방, 또는 후방 이동과 상하 구동부(544)에 의한 분주 팁(20)의 상방, 및 하방 이동이 이루어질 수 있다. 동시에, 펌프 유닛(506)이 작동하여 분주 팁(20)에 의한 분배, 분주가 이루어지도록 한다. 아울러, 펌프 유닛(506)에 의한 작동으로 분배, 분주 과정에서 시료 및/또는 시약의 혼합이 이루어지고, 큐베트의 반응 챔버(14)에서 목적하는 반응이 일어날 수 있게 한다.
이와 같이 큐베트(10)에서 일어나는 반응 과정은 복수의 단계를 포함하며, 큐베트 한 개당 최소 2 회의 인큐베이션 시간을 필요로 한다(S770). 인큐베이션은 반응 챔버에 분주된 시료를 일정한 온도로 유지하도록, 시료가 장착되어 있는 홀더(310)의 열판(316)에 전원을 인가하여 수행할 수 있다.
따라서 제 1 인큐베이션 시간 동안에, 제 2 큐베트의 반응을 시작하기 위해, 제 1 큐베트에 사용된 분주 팁(20)은 리무버 플레이트(350에 의해 제거되어 제 1 큐베트의 분주 팁 끼움 홀(21)에 위치하게 된다. 제 1 인큐베이션 시간 완료 후, 제 1 큐베트의 다음 단계의 반응을 위해 재사용된다.
인큐베이션이 완료된 시료는 세척 공정을 거친다(S780). 세척이 끝나 불순물이 제거된 자성 비드를 포함하는 시료는 검출 챔버로 이동하여 광학 검사 과정을 거쳐서 분석에 사용된다(S790).
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 방법의 세척 과정을 나타내는 순서도이다.
세척 공정은 자성 비드를 포집하는 단계와, 포집된 자성 비드를 세척 용액으로 이동하여 투입하는 단계와, 불순물을 제거하는 단계를 포함한다.
즉, 먼저 자성 빔이 삽입된 세척 팁을 자성 비드가 포함된 시료 용액에 투입하여 세척 팁의 표면에 시료 용액 내의 자성 비드를 포집한다(S820 내지 S845). 다음으로, 자성 비드가 표면에 포집된 세척 팁을 자성 빔이 삽입된 상태로 세척 용액으로 이동하여 세척 용액 내에 투입한다(S850). 그리고 자성 빔에 연결된 구동 모터를 구동하여 자성 빔을 위로 이동시키고 상기 세척 팁을 위 아래로 수회 이동시켜 상기 세척 팁에 포집된 자성 비드를 상기 세척 용액 내에서 분산시킨다(S860). 그 후에, 자성 빔을 세척 팁에 삽입하여 상기 세척 용액 내의 자성 비드를 다시 포집한다(S870). 정해진 세척 횟수보다 적은 경우 자성 비드가 포집된 세척 팁을 새로운 세척 챔버로 이동하여, 정해진 세척 횟수가 될 때까지 상기 과정을 반복할 수 있다(S880). 세척이 완료된 경우, 검출 챔버로 이동하여 광학 측정을 실시할 수 있다(S890).
세척 과정은 다양한 방법으로 실시할 수 있으며, 그리고 세척 팁의 위치는 고정한 상태로 자성 빔에 연결된 구동 모터를 구동하여 자성 빔을 위 아래로 수회 이동시켜 세척 팁에 포집된 자성 비드를 세척 용액 내에서 분산 포집이 반복되도록 하여 자성 비드가 결합되지 않은 불순물을 제거할 수도 있다.
한편, 시료 용액 내의 자성 비드를 포집하는 단계는 다음과 같이 구분할 수 있다. 우선, 내부에 상하로 관통된 중공을 구비하는 스트로 암(554)의 하부에 세척 팁(30)을 고정한다(S820). 그리고 스트로 암이 고정된 이동 바디(541)를 하강시켜 상기 세척 팁을 자성 비드가 포함된 시료 용액에 투입한다(S830). 다음으로, 이동 바디에 고정된 구동 모터(562)를 구동시켜 상기 스트로 암의 중공에 위치하는 자성 빔(564)을 하부의 세척 팁 내로 삽입시킨다(S840). 그 후에, 이동 바디 구동부(543)는 상기 스트로 암이 고정된 이동 바디와 상기 자성 빔을 일체로 이동시켜, 자성 비드가 포함된 시료 용액 내에서 자성 빔이 삽입된 세척 팁을 이동시킬 수 있다(S845).
이상의 과정을 좀 더 자세히 살펴보면 다음과 같다. 시료 및 시약의 분배, 분주 및 반응이 완료되면 분주 팁(20)이 리무버 플레이트(350에 의해 채취 암(556)으로부터 제거된다(S810). 이어서 스트로 암(554)에 세척 팁(30)이 끼워진다(S820). 상기 세척 팁(30)은 반응 챔버(14) 내로 투입되며(S830), 이어서, 세척 팁(30) 내에 자성 빔(564)이 투입되어 반응 챔버(14) 내의 자성 비드가 세척 팁(30)의 표면에 포집된다(S840). 이때 자성 비드와 결합된 반응물질이 함께 포집되게 된다. 자성 비드를 좀더 효율적으로 포집하기 위해, 세척 팁과 자성 빔을 시료 용액 내에서 함께 이동할 수 있다(S845). 이 상태로 세척 팁(30)을 이동시켜 세척 챔버(15) 내로 옮긴 후(S850), 구동 모터(562)에 의해서 자성 빔(564)이 상승하여 자성 빔(564)이 세척 팁(30)으로부터 이격되면 세척 팁(30)에 포집되어 있던 자성 비드가 세척 챔버(15) 내에 분산되게 된다(S860). 이 때 세척 팁을 상하로 수회 이동시켜 세척 팁에 포집되었던 자성 비드를 세척 용액에 잘 분산되도록 할 수 있다. 다시 자성 빔(564)이 하강하여 자성 빔(564)이 세척 팁(30)쪽으로 이동하면 자성 비드는 다시 세척 팁(30)에 포집 된다(S870). 자성 빔의 상승 하강은 미리 정해진 세척 횟수 만큼 실시한다(S880). 자성 빔의 상승 하강에 따라 세척 챔버에서 자성 비드의 왕복 운동에 따라 자성이 없는 불순물이 제거될 수 있다. 샘플의 세척이 끝나면, 반응 결과물을 검출 챔버(16)로 이동한다(S890).
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 방법에 사용되는 자성 비드가 포함된 시료에 미치는 영구자석의 영향을 나타내는 사진들이다. 시각화를 위해 자성 비드가 고농도로 포함된 시료가 담긴 용액 아래쪽에 영구자석을 놓고 시간에 따른 영향을 살펴보았는데, 0초의 사진에서는 자성 비드가 분산되어 있어서 전체적으로 노란 용액으로 보인다. 시간이 경과할수록 자성 비드가 바닥의 영구자석 쪽으로 당겨져서 용액은 점점 투명해지고, 바닥의 노란색이 짙게 보인다. 약 50초 경과 후에 자성 비드가 바닥의 영구자석에 충분히 당겨지는 것을 확인할 수 있었다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 방법에 사용되는 영구자석의 자기장 세기를 나타내는 그래프이다. 시뮬레이션에 사용된 영구자석은 지름 8 ㎜, 두께 4 ㎜ 인 원통형 자석으로, 자기장 3700 Gauss, 보자력(coercive force) 846 kA/m 인 경우에 대한 시뮬레이션 결과이다.
도 23의 (a)는 자석으로부터 떨어진 거리에 따른 자기장의 세기를 나타내는데, 자석으로부터 거리가 늘어날수록 자기장 세기가 줄어드는 것을 알 수 있다. 즉, 자석으로부터 2 ㎜ 위치에서 200 mT 의 자기장 크기를 보여주는데, 2 ㎜ 를 넘게 되면 자기장 세기가 낮아져서 자성 비드를 당기는 힘도 작아진다. 용액의 최대 높이는 약 10 ㎜ 정도 인데, 자석으로부터 10 ㎜ 떨어진 위치에서는 자기력이 거의 0에 가까워진다.
도 23의 (b)는 자석 주위의 위치에 따른 자기장 세기를 보여주는데, 자석 내부를 제외하고, 자석 외부에서는 초록색과 하늘 색 부분의 범위를 살펴볼 때, 자석의 원주방향 보다는 자석의 상하 방향으로 보다 강한 자기장이 넓게 분포함을 알 수 있다. 결국 원통형 영구자석을 사용하는 경우, 원통형 측면부 보다는 자석의 상하부 자기장을 이용하는 것이 자성 비드에 더욱 큰 영향을 줄 수 있고, 자성 비드를 더욱 빨리 포집하거나 세척할 수 있다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 방법에 사용되는 세척 팁의 위치를 나타내는 사진들이다. 이 사진들에서 자성 비드는 시각화를 위해서 고농도로 첨가하였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 면역 분석 방법은 도 24의 (a)와 같이 세척 팁을 세척 챔버의 바닥에 닿도록 유지한 후 일정시간 후에 꺼낼 수 있다. 이 경우 45초 경과 후에 (b)와 같이 대부분의 자성 비드를 포획할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 자동화된 면역 분석 방법은 도 24의 (c)와 같이 세척 팁을 세척 챔버 용액의 중간에 위치하도록 유지한 후 일정시간 후에 꺼낼 수 있다. 이 경우 45초 경과 후에 (d)와 같이 거의 완벽하게 자성 비드를 포획할 수 있다. 이는 사용한 자석의 두께가 얇은 경우에, 자석 상하부의 센 자기장이 미치는 영역이 더 크기 때문에 더 빠른 시간 내에 더 많은 자성 비드를 당길 수 있기 때문이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자동화된 면역 분석 방법은 자성 비드 포획 및 세척시 세척 팁의 위치를 변경하는 것이다. 즉, 영구자석의 자기력은 거리에 따라 달라지므로, 자성 비드를 포획할 때 영구자석이 포함된 세척 팁을 자성 비드가 포함된 용액의 중간을 기준으로 상하로 움직이며 포획하는 경우 더욱 효율적으로 자성비드를 포획할 수 있다. 상하 위치는 용액 면에서 용액 바닥 사이의 거리 중에서 자성 비드 포획에 유리한 범위를 선택하여 이동할 수 있다.
또한, 자성 비드가 영구자석에 끌려 포획되는 시간을 고려하여, 자성 비드가 포함된 용액 중의 일정 위치에서 자성 비드가 포획될 때까지 세척 팁을 일정 시간동안 정지한 후, 일정 시간이 경과한 후 다시 용액 중의 세척 팁의 위치를 조금 전진시키고 다시 일정시간 정지하는 계단식 엘리베이팅 이동을 사용할 수 있다. 이러한 계단식 엘리베이팅, 즉 구분 동작을 사용하여 짧은 시간에 보다 완벽하게 자성 비드를 포획할 수 있다. 구분 동작은 세척 시간을 감안하여 이동 구간의 거리와 정지하는 시간을 정할 수 있다.
예를 들어, 세척 시간을 40초 이내로 하고, 세척 팁의 이동 구간을 4 ㎜ 로 하는 경우, 자성 빔이 장착된 세척 팁을 초기 용액 내에 투입된 위치에서 5초간 정지한 후, 1 ㎜ 아래로 이동한 후 5초간 정지하고, 다시 1 ㎜ 를 내리고 5초간 정지하는 과정을 반복하여 용액 중에서 4 ㎜ 를 이동할 수 있다. 용액의 아래쪽에 이동한 후에, 다시 상승하는 과정에서도 자성빔이 장착된 세척 팁을 1 ㎜ 올린 후 5초간 정지하고, 다시 1 ㎜ 를 올리는 과정을 반복할 수 있다. 이렇게 함으로써, 보다 빠른 시간 내에 자성 비드를 완벽하게 포획할 수 있어서, 세척과정을 보다 빠르고 완벽하게 실시할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 자성 비드를 포획하기 위하여 영구자석을 구비한 자성 빔이 삽입된 세척 팁을 자성 비드가 포함된 시료 용액 내의 중간 위치에 정지시킨 후 자성 비드를 포획할 수 있다. 바람직하게는 자성 빔이 삽입된 세척 팁과 자성 빔을 자성 비드가 포함된 시료 용액 내에서 일체로 함께 상하로 이동하면서 자성 비드를 포집할 수 있다. 더욱 바람직하게는 세척 팁과 자성 빔을 자성 비드가 포함된 시료 용액 내에서 함께 상하로 이동하는 중에 미리 정해진 거리를 이동 후에 일정한 시간 동안 정지하는 계단식 엘리베이팅 이동을 하면서 자성 비드를 보다 빠르고 완벽하게 포집할 수 있다.
이러한 세척 팁에 자성 비드를 포집하는 방법은 시료 용액 내의 자성 비드를 포집하는 단계(S845) 뿐만 아니라 세척 용액 내의 자성 비드를 포집하는 단계(S870)에서도 동일하게 적용할 수 있다.
한편, 위와 같은 과정에서, 분주 팁(20) 및 세척 팁(30)의 분리는 리무버 모듈(340)에 의해서 이루어질 수 있다. 즉, 리무버 플레이트(350)의 리무버 홀(354)에 분주 팁(20) 또는 세척 팁(30)을 위치시킨 후, 리무버 플레이트(350)를 이동시켜 상기 분주 팁 및 세척 팁을 함몰부(356)로 이동시켜, 채취 암 또는 스트로 암을 위로 이동시키면, 상기 채취 암 및 스트로 암에 장착된 팁 상단이 일부가 상기 함몰부(356)에 걸려, 상기 분주 팁(20) 또는 세척 팁(30)이 채취 암(556) 또는 스트로 암(554)으로부터 분리될 수 있다.
분주 팁(20)과 세척 팁(30)의 분리는 동일한 방법으로 이루어질 수 있다. 세척 팁(30)의 분리에 대하여 구체적으로 설명하면, 아래와 같은 순서로 이루어질 수 있다. 리무버 플레이트(350)는 홀더(310) 와 디스펜서 모듈(500)의 사이에 오도록 위치되어 있다. 먼저, 세척 팁 끼움 홀(21) 상에 상기 리무버 플레이트(350)의 리무버 홀(354)이 위치하도록 한다. 즉, 함몰부(356)가 형성되어 있는 리무버 홀(355)을 구비하는 리무버 플레이트(350)를 세척 팁(30)이 장착된 스트로 암(554)의 아래쪽에 배치한다. 이어서, 세척 팁이 장착된 스트로 암이 세척 팁의 상단의 면적보다 넓은 리무버 홀(355)을 통과하여, 상기 세척 팁 끼움 홀(21) 내에 세척 팁(30)을 위치시킨다. 그 후에, 리무버 플레이트(350)가 세척 팁(30) 상에 맞닿도록 한다. 즉, 리무버 플레이트의 함몰부(356)를 세척 팁의 상단 위쪽에 배치한다. 이 상태에서 스트로 암을 리무버 플레이트에 대해 상부로 이동시켜 세척 팁(30)의 상부가 리무버 플레이트의 함몰부에 걸려 세척 팁을 스트로 암에서 분리할 수 있다. 즉, 디스펜서 모듈(500)이 상승하도록 하여, 세척 팁(30)이 상기 리무버 플레이트(350)에 걸려져서, 세척 팁(30)이 스트로 암(554)으로부터 분리되어 세척 팁 끼움 홀(21) 내에 남겨지도록 한다.
따라서, 분리된 분주 팁(20) 및 세척 팁(30)은 세척 팁 끼움 홀(21), 및 분주 팁 끼움 홀(31)에 각각 남아 있게 되므로, 분주 팁(20) 및 세척 팁(30)을 분리 후에, 다른 시료와 섞이지 않아서 팁의 세척이 필요 없고 동일한 큐베트에서의 다음 단계 반응을 위해 재사용될 수 있다.
이어서, 반응 결과물이 검출 챔버(16) 내로 이동되면, 광학 판독 모듈(400)이 작동하여 광학 검사를 실시한다. 이때, 광학 판독기(410)는 검출 챔버(16) 아래에 위치한다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이 검출 챔버(16)는 광투과성을 가져서, 내부의 반응물에 대해 광학 판독기(410)가 광학 검사를 실시할 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 방법의 표준 블록을 이용한 광학 검사 과정을 나타내는 순서도이다.
우선, 홀더(310)의 후방 하부에 있는 표준 블록(360)을 광학 판독기 위쪽에 배치한다(S910). 이를 위해 표준 블록(360)을 광학 판독기(410)위에 위치할 수 있도록 홀더(310) 또는 광학 판독기(410)를 이동시킬 수 있다. 광학 판독기(410)는 홀더(310)의 후방에 위치한 표준 블록(360) 내의 형광 측정 표준 물질에 대하여 광학 검사를 실시하여 표준 물질의 형광 신호를 먼저 판독할 수 있다(S920). 이후에, 검출 챔버의 아래쪽에 광학 판독기(410)를 배치한다(S930). 즉, 검출 챔버(16)가 광학 판독기(410)의 위쪽에 위치할 수 있도록 홀더 또는 광학 판독기를 이동시킨다. 검출 챔버가 장착된 홀더(310)의 아래쪽에 상하 방향으로 관통된 검사 홀(314)을 통해서 광학 판독기(410)는 검출 챔버(16)의 시료에 대하여 광학 검사를 실시하고, 시료로부터 방출되는 광학 신호를 판독한다(S940). 앞서 언급한 바와 같이 표준 블록(360)에서 포착된 신호를 표준 형광 값으로 사용해서 장비 간 편차를 보정할 수 있다(S950). 즉, 검출 챔버의 시료에 대한 광학 검사 결과로 얻은 신호를 표준 블록의 표준 물질에 대한 광학 검사 결과로 얻은 신호와의 비교하여 그 차이를 분석하여, 검출 챔버의 시료에 대하여 보정할 수 있어서 보다 정확한 결과를 얻을 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는 하우징에 구비되며 분석 정보가 담긴 칩이 삽입되는 칩 삽입부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 칩 삽입부에 삽입되는 칩은 큐베트의 바코드와 연동된다. 큐베트의 바코드에는 분석대상 물질(아이템) 및 큐베트의 롯트(lot) 정보를 포함하며, 상기 칩과 연동된다. 칩은 분석물의 농도계산에 필요한 마스터 캘리브레이션 커브 및 시료 중의 분석물의 종류에 따라 장치를 구동시키는 정보를 포함하고 있어, 상기 바코드와 연동되어 다수의 다양한 분석물의 종류에 맞추어, 최적의 검사가 진행될 수 있도록 장치를 구동할 수 있다. 이로 인해 하나의 장치로 다양한 분석물을 용이하게 검사할 수 있으며, 검사의 재현성 및 신뢰성 또한 향상될 수 있다. 상기 바코드는 이를 스캔하는 바코드 스캐너를 통해 정보를 불러들인다.
본 발명의 일 실시예에 따른 검사 과정을 순서대로 설명하면 아래와 같다.
여기서는, 도 6 과 같은 구조의 큐베트(10)를 사용하는 경우를 예를 들어 설명한다. 본 발명에 따라서 이루어지는 검사에서 사용되는 큐베트(10)는, 도 6과 같은 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 시료 충진 챔버(12), MB 버퍼 챔버(13a), ALP(Alkaline phosphatase)와 같은 검출 버퍼(detection buffer)가 충진된 챔버(13b), 희석버퍼 챔버(13c), 희석 챔버(13d)를 포함하는 완충액 및 희석 챔버(13), 반응 챔버(14), 제1 세척 챔버(15a), 및 제2 세척 챔버(15b)를 포함하는 세척 챔버(15) 및 검출 챔버(16)을 가질 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 방법의 시료 분주 방범을 자세히 나타내는 순서도이다.
먼저, 바코드를 인식한 후, 펀칭 암(552)으로 큐베트(10)의 밀봉을 각각 펀칭하여 개방시킨다. 이어서, 채취 암(556)에 분주 팁(20)이 끼워져 고정된다. 이어서, 제1 세척 챔버(15a)에서 소정 부피의 세척액을 채취하고, MB 버퍼 챔버(13a)에 분주한다(S1010).
이어서, 희석버퍼 챔버(13c)에서 소정의 희석액을 채취하고, 샘플 챔버(12)에 분주하여(S1020), 믹싱 과정(3회)을 수행한다. 이어서, 희석된 소정 부피의 샘플을 채취하여, 반응 챔버(14)에 분주한다(S1030). 이어서, 검출 버퍼가 충진된 챔버(13b)를 믹싱한 후 소정 부피의 용액을 채취하여 반응 챔버(14)에 분주하고(S1040) 믹싱(3회)한다. 이어서, 특정 온도에서 소정의 시간 동안 제 1 인큐베이션 과정을 거친다(S1050). 이어서, MB 버퍼 챔버(13a)를 믹싱한 후, MB 챔버(13a) 내의 소정 부피의 용액을 채취하여 반응 챔버(14)에 분주하고(S1060) 믹싱하고, 이어서, 리무버 모듈(340)을 이용하여 분주 팁(20)을 제거하여(S1070) 반응이 수행되는 큐베트의 분주 팁 끼움 홀(21)에 위치시킨다. 아울러, 특정 온도에서 소정의 시간 동안 제 2 인큐베이션 과정을 거친다(S1080).
이어서, 제 2 인큐베이션 시간 경과 후에 세척 과정을 거치게 된다(S1090). 세척 과정은, 먼저 스트로 암(554)에 세척 팁(30)을 끼우고, 자성 빔(564)을 스트로 암(554) 내에 투입하여 반응 챔버(14) 내에 소정의 시간동안 투입하고, 이어서 제1 세척 챔버(15a)내에 투입시킨 후 자성 빔(564)을 위 아래로 수회 움직여 세척을 수행한다. 이어서, 다시 자성 빔(564)을 스트로 암(554) 내에 투입시키고 제2 세척 챔버(15b) 내에 투입시킨 후 자성 빔(564)을 위 아래로 수회 움직여 세척을 수행한다. 이어서, 다시 자성 빔(564)을 스트로 암(554) 내에 투입시키고 검출 챔버(16) 내에 투입시킨 후 세척 팁(30)을 제거한다.
이어서, 소정의 시간 동안 제 3 인큐베이션 과정을 거친 후, 광학 측정 과정을 수행한다. 광학 측정으로 도출된 결과(농도 등)은 디스플레이 및 프린터로 출력될 수 있다.
아울러, 인큐베이션이 진행되는 동안에 다른 큐베트에서의 반응을 수행할 수 있다. 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역분석 방법에서 세 개의 큐베트를 포함하는 경우에 각 큐베트의 동작을 나타내는 타이밍도이다. 도 21에서 3개의 큐베트에 대하여 분주, 세척, 인큐베이션 등의 각 단계들이 진행되는 순서를 나타낸다.
각 단계들은 Step 1, Step 2 , Step 3, Step 4, Step 5, Step 6 등으로 구분하여 구동될 수 있으며, 각 Step 은 희석, 채취, 분주, 혼합, 세척, 인큐베이션, 측정 등으로 구동 될 수 있으며, 목적에 따라 추가 또는 삭제 될 수 있다.
3종의 큐베트를 동시에 구동 및 측정 하기 위해서는 각 Step 간 서로 구분되어 구동될 수 있어야 한다. 도 21은 세종류의 큐베트를 검사하기 위한 프로토콜의 예시이다. 각 Step의 시작과 끝 시점은 다른 큐베트의 동작과 명확히 구분되며, 최종적으로 3종의 큐베트를 모두 측정 및 시험하기 위한 시간을 획기적으로 감소 시킬 수 있다. 특히, 어느 한 큐베트의 인큐베이션 시간동안 다른 큐베트에서 준비 작업, 분주 작업, 또는 세척 작업을 진행하는 경우, 측정 시간을 절약할 수 있다.
예를 들어, 한 큐베트의 검사시간이 20분 이라면, 세 큐베트를 검사하는 시간은 총 60분 이상이 소요되지만, 상기의 방법을 이용할 경우 하나의 펌프 모듈만으로 약 23분 이내에 3종 큐베트의 검사를 완료 할 수 있어 측정 및 분석에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
이러한 복수의 큐베트를 이용한 측정 과정을 수행하기 위해서는 큐베트간의 오염을 방지하기 위하여, 각 큐베트의 시약을 채취, 분주, 희석 하기 위해서는 다수의 분주 팁과 세척 팁이 필요하다. 본 발명에서는 함몰부가 형성된 리무버 플레이트를 포함하여, 각 큐베트의 함몰부에 분주팁과 세척팁을 위치할 수 있게 고안 되었다. 각 큐베트에서 시약의 채취, 분주, 세척 간에 사용된 팁을 해당 큐베트의 함몰부에 원위치 시킨뒤, 다른 큐베트의 분주 팁과 세척 팁을 각 홀더에 장착하여 큐베트 상호간의 오염없이 여러 큐베트의 동시검사를 짧은 시간 안에 가능하도록 고안 되었다.
아래의 실시예에서는 분주 팁 또는 세척 팁의 교환에 대하여 몇가지 예시만 기재하였으나, 각 큐베트의 작업 전에 다른 큐베트에서 사용한 분주 팁 또는 세척 팁을 제거하고, 작업하려는 큐베트의 분주 팁 또는 세척 팁을 장착하는 것이 바람직하다.
우선, 제1 큐베트에서 시료 희석 및 반응물 첨가 등의 준비 작업들을 수행한(S1111) 후에, 제1 인큐베이션이 시작되도록 한다(S1112). 대기중인(S1120) 제 2 큐베트에서 마찬가지로 준비 작업들을 수행한(S1121) 후에, 제1 인큐베이션이 시작되도록 한다(S1122). 이어 제1 큐베트의 제1 인큐베이션이 종료되면, 자성 비드 첨가 등의 분주 작업을 수행한(S1113) 후에, 제2 인큐베이션이 시작되도록 한다(S1114). 이후, 채취 암(556)에서 제1 큐베트에 있는 시료의 분주에 사용한 분주 팁(20)을 제거하여 제1 큐베트에 장착한다.
그리고 그동안 대기하고 있던(S1130) 제3 큐베트에서는 준비 작업들을 수행한(S1131) 후에, 제1 인큐베이션이 시작되도록 한다(S1132).
제1 큐베트에서 제2 인큐베이션이 수행되는 동안, 채취 암(556)에 제2 큐베트에 있는 시료의 분주에 사용할 분주 팁을 장착하고, 제2 큐베트에서도 자성 비드 첨가 등의 분주 작업을 수행한(S1123) 후에, 제2 인큐베이선을 시작한다(S1124). 제2 인큐베이션이 시작되면, 채취 암(556)에서 제2 큐베트에 있는 시료의 분주에 사용한 분주 팁을 제거한다.
마찬가지로 제3 큐베트에서도 분주 작업을 수행한(S1133) 후에, 제2 인큐베이션이 시작되도록 순차적으로 수행할 수 있다(S1134).
이어 제2 큐베트와 제3 큐베트의 인큐베이션 중에, 스트로 암(554)에 제1 큐베트에 있는 시료의 세척에 사용할 세척 팁(30)을 장착하고, 제1 큐베트의 제2 인큐베이션이 종료되면 세척 작업을 진행하고(S1115) 제3 인큐베이션을 시작한다(S1116). 제1 큐베트의 제3 인큐베이션 기간 동안, 제2 큐베트에서도 세척 작업을 진행하고(S1125) 제3 인큐베이션을 시작한다(S1126). 마찬가지로 제3 큐베트에서도 세척 작업을 진행하고(S1135) 제 3인큐베이션을 시작한다(S1136).
제1 큐베트는 제3 인큐베이션을 마치면, 측정을 실시한다(S1117). 제2 큐베트도 제3 인큐베이션을 마치면, 측정을 실시한다(S1127). 마찬가지로 제3 큐베트도 제3 인큐베이션을 마치면, 측정을 실시할 수 있다(S1137).
본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역 형광분석 장치(1)에 의하면, 시료의 분주와 반응, 자성 비드(Magnetic Beads)를 이용한 세척모듈을 통한 반응결과물의 분리(purification), 액상시료 광학계를 이용하여 반응결과물을 기존의 방법들에 비해 고감도, 고특이성으로 검출/판독이 가능하다. 특히, 본 발명에 따르면, 시료의 분배, 시약과 시료의 반응 후, 반응 결과물의 검출 및 판독/분석을 위한 검사가 하나의 통합적 시스템 하에서 정확하고 신속하게 검사 시간 단축, 검사의 정확도 및 재현성 향상은 물론, 검사 전반에 포함되는 단계 및 투입되는 비용을 절감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화된 액상 면역 형광분석 장치(1)에 구비된 암 유닛(550)에는, 펀칭 암(552), 채취 암(556), 스트로 암(554)이 일체로 구비되 일체형 모듈로 구성되어 있다. 따라서, 펌프의 분주(Pump dispenser), 펀처구동, 세척 및 분주 팁(20)과 세척 팁(30)의 분리 시 구동 모터 하나로 상하 방향 위치 제어가 가능하다. 따라서, 각각의 모듈을 별개로 각 구동 모터로 구성했을 때와 달리, 크기를 간소화 할 수 있으며 제작 비용을 절감할 수 있다. 아울러, 암 유닛(550)은 일체형 모듈로 구성되어 각각의 암은 하나의 상하 구동부(544)에 연결되고 작동하나, 구동간 서로 간섭이 없는 구조로 고안되었다. 이와 같이 일체형 모듈로 구성된 암 유닛(550)을 사용함으로써 장비 전체의 크기 및 제작 비용절감에 큰 효과를 가져다 줄 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치에 포함되는 펌프 유닛(506)은, 회전식 미소 단계 제어가 가능한 모터를 채용하여, 분주 팁을 통해 시료, 시약 또는 반응 결과물의 분리, 분주를 위한 흡입 또는 배출시 그 양을 정확하게 조절할 수 있다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는 리무버 모듈(340)을 구비함으로써, 사용이 완료된 분주 팁(20), 세척 팁(30)을 디스펜서 모듈(500)로부터 쉽게 분리할 수 있다. 아울러, 리무버 모듈(340)에 의해서 상기 분리가 이루어짐에 따라서, 분주 팁(20) 및 세척 팁(30)이 분리 후 재사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는 표준 블록(360)을 포함하여, 표준 형광을 이용하여 표준 형광과의 비율을 통한 검사가 이루어질 수 있다.
정리하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는 시약이 일체형으로 준비되어, 별도의 시약 준비가 필요없는 편의성을 갖춘 자동화 면역검사기로, 복수 예를 들면 3가지 서로 다른 검사를 동시에 수행할 수 있다. 기존의 경우, 동일한 검사를 동시에 할 수 있을 뿐이다. 또한 펀칭, 시약 분배 및 분주, 세척을 모두 수행할 수 있는 통합 모듈을 채용하고, 표준형광을 이용하여, 광학계 및 기기의 편차를 최소화 할 수 있는 시스템 채용하였다. 또한 시약의 반응 온도를 일정하게 제어해 줄 수 있다. 또한 소모품인 분주팁, 세척팁을 큐베트위에 재안착 시킬수 있어, 팁을 버리기 위한 별도의 공간(Trash)이 필요없다. 소모성의 분주팁, 세척팁을 사용하는 기기의 경우, 분주팁 사용 후 버리는 형태로 구성된다. 오염 때문에, 다른 시약 검사에는 사용할 수 없기 때문이다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는 1 큐베트의 시약 반응 동안 다른 시약의 반응 준비를 위해 분주팁을 교체할 필요가 있다. 이때, 사용하던 팁을 큐베트 1에 안착 시키고, 큐베트 2,3의 분주팁을 사용하여 준비 과정을 수행한다. 그 후, 큐베트 1의 분주팁을 다시 재장착하여 2차 인큐베이션 과정을 준비한다. 만약, 1차 인큐베이션 때 사용하였던 분주팁을 버렸다면, 2차 인큐베이션 준비때 새로운 팁을 채용해야 한다. 본 기기는 카트리지 위에 안착 시킨 후 다른 카트리지 분주, 혼합 후, 원 카트리지의 팁을 다시 사용하여 다음 과정을 수행할 수 있어, 소모용 분주팁 및 세척팁의 소요를 1개로 한정 할 수 있다. 또한, 분주 팁을 기기 내부에 준비할 필요가 없어, 공간적으로 잇점이 있으며, 보다 컴팩트한 기기의 설계가 가능하다
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (18)

  1. 자성 빔이 삽입된 세척 팁을 자성 비드가 포함된 시료 용액에 투입하여 상기 세척 팁의 표면에 상기 시료 용액 내의 자성 비드를 포집하는 단계와,
    상기 자성 비드가 표면에 포집된 세척 팁을 세척 용액으로 이동하여 세척 용액 내에 투입하는 단계와,
    상기 자성 빔에 연결된 구동 모터를 구동하여 상기 자성 빔을 위로 이동시키고 상기 세척 팁을 위 아래로 수회 이동시켜 상기 세척 팁에 포집된 자성 비드를 상기 세척 용액 내에서 분산시키는 단계와,
    상기 자성 빔을 세척 팁에 삽입하여 상기 세척 용액 내의 자성 비드를 포집하는 단계를 포함하는 자동화된 액상 면역분석 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자성 비드를 포집하는 단계는,
    상기 자성 비드가 포함된 시료 용액 내에서, 상기 세척 팁을 장착한 스트로 암과 상기 자성 빔을 일체로 움직이면서 상기 자성빔이 삽입된 세척 팁을 상하로 이동하는 단계를 포함하는 자동화된 액상 면역분석 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    함몰부가 형성되어 있는 리무버 홀을 구비하는 리무버 플레이트를 세척 팁이 장착된 스트로 암의 아래쪽에 배치하는 단계와,
    상기 세척 팁이 장착된 스트로 암이 상기 리무버 홀을 통과하는 단계와,
    상기 리무버 플레이트의 함몰부를 세척 팁의 상단 위쪽에 배치하는 단계와,
    상기 스트로 암을 리무버 플레이트에 대해 상부로 이동시켜 상기 세척 팁을 상기 스트로 암에서 분리하는 단계를 더 포함하는 자동화된 액상 면역분석 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 불순물이 제거된 자성 비드를 검출 챔버로 이동하는 단계와,
    상기 검출 챔버의 아래쪽에 광학 판독기를 배치하는 단계와,
    상기 광학 판독기가 상기 검출 챔버의 시료에 대하여 광학 검사를 실시하는 단계를 더 포함하는 자동화된 액상 면역분석 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    표준 블록을 광학 판독기 위쪽에 배치하는 단계와,
    상기 광학 판독기가 상기 표준 블록 내의 형광 측정 표준 물질에 대하여 광학 검사를 실시하는 단계와,
    상기 표준 물질에 대한 광학 검사 결과를 상기 검출 챔버의 시료에 대한 광학 검사 결과와 비교하는 단계를 더 포함하는 자동화된 액상 면역분석 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    내부에 상하로 관통된 중공을 구비하는 채취 암의 하부에 분주 팁을 고정하는 단계와,
    상기 채취 암이 고정된 이동 바디를 이동시켜 상기 분주 팁을 시료 용액에 투입하는 단계와,
    상기 채취 암의 중공에 연결된 펌프 유닛을 작동시켜 상기 분주 팁에 흡입력을 인가하여 시료 챔버로부터 시료를 채취하는 단계와,
    상기 채취된 시료를 반응 챔버로 이동하는 단계와,
    펌프 유닛을 작동시켜 상기 분주 팁에 배출력을 인가하여 반응 챔버에 시료를 배출하여 분주하는 단계를 더 포함하는 자동화된 액상 면역분석 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반응 챔버에 분주된 시료를 일정한 온도로 유지하여 상기 시료를 인큐베이션하는 단계를 더 포함하는 자동화된 액상 면역분석 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    복수의 큐베트 중에서 제1 큐베트의 시료에 대하여 분주 작업을 수행하고, 인큐베이션을 시작하는 제1 반응 단계와,
    복수의 큐베트 중에서 제2 큐베트의 시료에 대하여 분주 작업을 수행하고, 인큐베이션을 시작하는 제2 반응 단계와,
    상기 제1 큐베트의 시료에 대하여 세척 작업을 수행하는 제1 세척 단계를 더 포함하는 자동화된 액상 면역분석 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 반응 단계 이후에,
    상기 채취 암에서 상기 제1 큐베트에 있는 시료의 분주에 사용한 분주 팁을 제거하는 단계와,
    상기 채취 암에 상기 제2 큐베트에 있는 시료의 분주에 사용할 분주 팁을 장착하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제2 반응 단계 이후에,
    상기 채취 암에서 상기 제2 큐베트에 있는 시료의 분주에 사용한 분주 팁을 제거하는 단계와,
    상기 스트로 암에 상기 제1 큐베트에 있는 시료의 세척에 사용할 세척 팁을 장착하는 단계를 더 포함하는 자동화된 액상 면역분석 방법.
  10. 하부에 세척 팁을 고정할 수 있고, 내부에 상하로 관통된 중공을 구비하는 스트로 암과,
    상기 스트로 암의 중공에 위치하여 상하로 이동 가능한 자성 빔과,
    상기 스트로 암이 고정되는 이동 바디와,
    상기 이동 바디를 이동시키는 이동 바디 구동부와,
    상기 자성 빔을 이동시키는 구동 모터와,
    상기 이동 바디 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 자동화된 액상 면역분석 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 자성 빔은, 하부에 영구자석을 구비하는 것을 특징으로 하는 자동화된 액상 면역분석 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    하부에 분주 팁을 고정할 수 있고, 내부에 상하로 관통된 중공을 구비하고, 상기 이동 바디에 고정되는 채취 암과,
    상기 채취 암의 중공에 연결되어 상기 분주 팁에 흡입력 또는 배출력을 제공할 수 있는 펌프 유닛을 더 포함하는 자동화된 액상 면역분석 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    하부에 펀칭 팁을 구비하고, 상기 이동 바디에 고정되는 펀칭 암을 더 포함하며,
    상기 이동 바디로부터 상기 펀칭 암의 하부까지의 길이가 상기 스트로 암의 하부까지의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 자동화된 액상 면역분석 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    함몰부가 형성되어 있는 리무버 홀을 구비하는 리무버 플레이트를 더 포함하며,
    상기 리무버 홀은 상기 세척 팁의 상단의 면적보다 넓은 것을 특징으로 하는 자동화된 액상 면역분석 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    하나 이상의 큐베트를 장착할 수 있는 슬롯 형태의 장착 채널과 상하 방향으로 관통된 검사 홀을 구비하는 홀더와,
    상기 홀더의 위치를 조정할 수 있는 홀더구동부를 더 포함하는 자동화된 액상 면역분석 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 홀더는, 하부에 큐베트를 일정한 온도로 유지하기 위한 열판을 포함하는 자동화된 액상 면역분석 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    광원과 빔스플리터와 렌즈와 검출기를 구비하는 광학 판독기와,
    상기 광학 판독기의 위치를 상기 홀더의 검사 홀에 맞추어 이동할 수 있는 판독기 구동부를 더 포함하는 자동화된 액상 면역분석 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 홀더는, 상하 방향으로 관통된 광학 홀을 구비하고 형광 측정 표준 물질을 탑재할 수 있는 표준 블록을 포함하는 자동화된 액상 면역분석 장치.
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