WO2023121099A1 - 진단을 위한 카트리지 및 이를 이용한 진단방법 - Google Patents

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WO2023121099A1
WO2023121099A1 PCT/KR2022/020152 KR2022020152W WO2023121099A1 WO 2023121099 A1 WO2023121099 A1 WO 2023121099A1 KR 2022020152 W KR2022020152 W KR 2022020152W WO 2023121099 A1 WO2023121099 A1 WO 2023121099A1
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WO
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reaction
cartridge
diagnosis
connection
chambers
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/020152
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English (en)
French (fr)
Inventor
이문근
이태재
이은영
노동기
박유민
이경균
배남호
이석재
Original Assignee
한국과학기술원
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers

Definitions

  • the present invention relates to a diagnostic cartridge for reacting a sample for diagnosis and a diagnostic method using the same.
  • a cartridge for sample reaction for diagnosis performs a reaction by roughly crushing (lysising) a sample, mixing magnetic particles and a labeling material with a target material (protein, nucleic acid, etc.) and washing to discharge the residue.
  • the process of crushing, mixing, and reacting the sample in the cartridge for sample reaction for diagnosis should be sequentially performed in an appropriate order, and a channel, chamber, valve structure, etc. for performing the above processes should be provided.
  • the present invention has been proposed to solve this problem, by selectively supplying a reaction solution from a plurality of accommodating chambers, and repeatedly applying positive and negative pressures to the reaction chamber with a mixed solution obtained by mixing the sample and the reaction solution in the reaction chamber. It is an object of the present invention to provide a cartridge for diagnosis capable of efficiently controlling the flow of fluid and a diagnosis method using the same.
  • a cartridge for diagnosis according to the present invention for achieving the above object is provided with a plurality of accommodating chambers in which reaction solutions are accommodated, a storage unit; a connection unit provided below the storage unit, provided with a plurality of connection channels connected to the plurality of accommodating chambers, and distributing any one of the reaction solutions accommodated in the plurality of accommodation chambers through the plurality of connection channels; and a reaction channel provided below the connection part, into which a sample is injected, connected to the plurality of connection channels, and a plurality of reaction chambers connected to the reaction channel, wherein the sample and the plurality of connection channels are circulated in the reaction channel.
  • a reaction unit in which the reaction solution formed forms a mixed solution, and a reaction of the mixed solution is performed by repeatedly applying positive or negative pressure to the plurality of reaction chambers.
  • the mixed solution may flow back and forth between the plurality of reaction chambers and the reaction channel.
  • a magnetic material is provided below the reaction channel, and the magnetic material may rise during the reaction of the mixed solution to provide magnetic force to the reaction channel.
  • An upper valve to which all of the plurality of connection channels are connected is provided in the connection part, and the upper valve can selectively connect one of the plurality of connection channels to the reaction channel through shaft rotation.
  • a lower valve connected to the reaction channel is provided in the reaction unit, and the lower valve can selectively open and close a discharge hole formed in the reaction channel through shaft rotation.
  • a recovery unit provided under the reaction unit and having a waste chamber for recovering a waste solution may be further included, and the waste chamber may be connected to the discharge hole.
  • the recovery unit may apply a positive pressure or a negative pressure in the plurality of reaction chambers by changing the pressure in the waste chamber.
  • the plurality of accommodating chambers may be disposed along the circumferential direction of the storage unit, and an outlet hole through which the stored reaction solution is discharged may be formed in each of the plurality of accommodating chambers.
  • Protrusions are provided on the inlet side of the plurality of connection channels in the connection part, and the protrusions are inserted through the outlet holes so that the plurality of accommodating chambers and the plurality of connection channels can communicate with each other.
  • An O-ring is provided at a lower end of the protrusion, and when the protrusion is inserted through the outflow hole, the O-ring may seal a connection portion where the outflow hole and the connection channel are connected.
  • a cover portion supporting an upper end of the storage portion is provided on the upper side of the storage portion, and a plurality of punchers are formed on the cover portion at positions corresponding to the plurality of accommodating chambers, and the plurality of punchers pass through the plurality of accommodating chambers. So you can communicate with the outside world.
  • a fixing pin provided between the storage part and the connection part to separate the storage part from the connection part, wherein the storage part and the connection part come into close contact with each other when the fixing pin is removed, and the accommodation chamber and the connection channel this can be connected.
  • a diagnosis method using a cartridge for diagnosis according to the present invention for achieving the above object includes distributing any one of reaction solutions accommodated in a plurality of accommodating chambers through a plurality of connecting channels; injecting a sample into a reaction channel connected to the plurality of connection channels, and forming a mixed solution with the sample and the reaction solution distributed from the plurality of connection channels; and performing a reaction of the mixed solution by repeatedly applying positive pressure or negative pressure to a plurality of reaction chambers connected to the reaction channel.
  • the mixed solution flows back and forth between the plurality of reaction chambers and the reaction channel, and magnetic force may be provided to the reaction channel through a magnetic material provided below the reaction channel.
  • a reaction solution is selectively supplied from a plurality of accommodating chambers, and a mixed solution obtained by mixing the sample and the reaction solution in the reaction chamber is repeatedly subjected to positive and negative pressure to the reaction chamber.
  • FIG. 1 is a diagram showing the overall shape of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a storage unit of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view illustrating a storage unit of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a bottom view illustrating a storage unit of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a connecting portion of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view illustrating a connecting portion of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a bottom view illustrating a connecting portion of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a bottom view showing a state in which an upper valve is removed from a connection part of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing a state in which a storage unit, a connection unit, and a fixing pin are coupled in a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a reaction part of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a plan view showing a reaction part of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a bottom view showing a reaction part of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a bottom view showing a state in which a lower valve is removed from a reaction part of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing a reaction chamber and a reaction channel in a reaction part of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a view showing a state in which a connection part and a reaction part of a cartridge for diagnosis are coupled according to an embodiment of the present invention.
  • 16 is a view showing an upper valve or a lower valve in a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a perspective view illustrating a recovery unit of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a plan view illustrating a recovery unit of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 19 is a bottom view illustrating a recovery unit of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is a perspective view illustrating a cover portion of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 21 is a bottom perspective view showing a cover of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a perspective view showing a case of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view showing a case of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 24 is an enlarged view showing a coupling groove formed on an inner circumferential surface of a case of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 25 is an enlarged view showing a coupling protrusion formed on an outer circumferential surface of a storage unit of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 26 is a view showing the inside of a case of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is a view showing the outside of a case of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 28 is a flowchart of a diagnosis method using a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • a “module” or “unit” for a component used in this specification performs at least one function or operation.
  • a “module” or “unit” may perform a function or operation by hardware, software, or a combination of hardware and software.
  • a plurality of “modules” or “units” other than “modules” or “units” to be executed in specific hardware or to be executed in at least one processor may be integrated into at least one module. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
  • 1 is a diagram showing the overall shape of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a perspective view showing a storage unit of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a plan view illustrating a storage unit of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 4 is a bottom view illustrating a storage unit of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a perspective view showing a connecting portion of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 6 is a plan view illustrating a connecting portion of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 7 is a bottom view illustrating a connecting portion of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a bottom view showing a state in which an upper valve is removed from a connection part of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 9 is a view showing a state in which a storage unit, a connection unit, and a fixing pin are coupled in a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 10 is a perspective view showing a reaction part of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 11 is a plan view showing a reaction part of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 12 is a bottom view showing a reaction part of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 13 is a bottom view showing a state in which a lower valve is removed from a reaction part of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 14 is a cross-sectional view showing a reaction chamber and a reaction channel in a reaction part of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a view showing a state in which a connection part and a reaction part of a cartridge for diagnosis are coupled according to an embodiment of the present invention.
  • 16 is a view showing an upper valve or a lower valve in a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 17 is a perspective view illustrating a recovery unit of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 18 is a plan view illustrating a recovery unit of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 19 is a bottom view illustrating a recovery unit of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 20 is a perspective view illustrating a cover portion of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 21 is a bottom perspective view showing a cover of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 22 is a perspective view showing a case of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 23 is a cross-sectional view showing a case of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 24 is an enlarged view showing a coupling groove formed on an inner circumferential surface of a case of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 25 is an enlarged view showing a coupling protrusion formed on an outer circumferential surface of a storage unit of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 26 is a view showing the inside of a case of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 27 is a view showing the outside of a case of a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • 28 is a flowchart of a diagnosis method using a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • a cartridge for diagnosis includes a storage unit 100 provided with a plurality of accommodating chambers 110 in which a reaction solution is accommodated; It is provided on the lower side of the storage unit 100 and is provided with a plurality of connection channels 210 connected to the plurality of accommodation chambers 110, and through the plurality of connection channels 210, the plurality of accommodation chambers ( 110) for distributing any one of the reaction solutions contained in the connection unit 200; And a reaction channel 310 provided below the connection part 200, into which samples are injected, connected to the plurality of connection channels 210, and a plurality of reaction chambers 320 connected to the reaction channels 310, In the reaction channel 310, the sample and the reaction solution flowing from the plurality of connection channels 210 form a mixed solution, and positive or negative pressure is repeatedly applied to the plurality of reaction chambers 320, thereby It includes; a reaction unit 300 in which the reaction of the mixed solution is performed.
  • a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention is for reacting the sample to detect a target material in a sensor cartridge for diagnosis, schematically crushing the sample and reacting with magnetic particles and a marker. It is for washing the residue after.
  • the target material is a separated protein or nucleic acid
  • molecular diagnosis or immunodiagnosis is performed by detecting the separated protein or nucleic acid using a sensor using an optical, electrical, or electrochemical method.
  • the reaction unit 300 of the cartridge for diagnosis when the pressure in the plurality of reaction chambers 320 is repeatedly applied as positive pressure or negative pressure. , The mixed solution may flow back and forth between the plurality of reaction chambers 320 and the reaction channel 310.
  • the mixed solution flows back and forth between the reaction chamber 320 and the reaction channel 310, the sample is mixed with the reaction solution (magnetic particle and label solution, washing buffer, illusion buffer, etc.) And, it is possible to fix the target material to which the magnetic particles are coupled by using the magnetic force during flow as follows.
  • a magnetic body 330 is provided below the reaction channel 310, and the magnetic body 330 rises when the reaction of the mixed solution is performed. It is possible to provide magnetic force to the reaction channel 310.
  • the magnetic body 330 may be composed of a magnet shaft that rises or falls, and rises when the mixed solution moves back and forth between the reaction chamber 320 and the reaction channel 310 or when the movement is completed. , It serves to fix the target material to which the magnetic particles are bound in the reaction channel 310 through magnetic force. When the fixation of the target material is released, the magnetic body 330 descends to provide magnetic force to the reaction channel 310, and at this time, the reacted sample can be recovered from the outside using a pipette or the like.
  • an upper valve 220 to which all of the plurality of connection channels 210 are connected is provided in the connection part 200 of the cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention, and the upper valve 220 is an axis Any one of the plurality of connection channels 210 may be selectively connected to the reaction channel through rotation.
  • one side of the plurality of connection channels 210 is connected to the plurality of outlet holes 120 of the plurality of accommodating chambers 100, respectively, and the other sides are all connected to the upper valve 220.
  • the upper valve 220 is configured such that the central portion is rotatable, and a groove is formed on the upper surface of the central portion from the center toward the outside.
  • the other side of the plurality of connection channels 210 is disposed along the circumferential direction with respect to the center of the upper valve 220, and thus the groove formed in the center of the upper valve 220 is rotated and a plurality of connections are made.
  • One of the channels 210 is selectively connected.
  • the reaction solution of any one connection channel 210 connected through the above process passes through the hole in the center of the upper valve 220 of the connection part 200 to the inside of the connection part 200. It rises and then falls again, rises and falls inside the connection part 200, and flows into the reaction channel 310.
  • connection channels 210 are formed.
  • reaction solutions are introduced into the reaction channel 310 by repeating the rise and fall, thereby preventing the reaction solutions from flowing backward, and when negative pressure is formed in the reaction chamber 320, the connection channel ( 210) to prevent the fluid from temporarily escaping (siphon phenomenon) due to negative pressure.
  • the flow of fluid can be more precisely controlled at a desired flow rate.
  • a lower valve 340 connected to the reaction channel 310 is provided in the reaction part 300 of the cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention, and the lower valve 340 rotates the shaft. Through this, the discharge hole 350 formed in the reaction channel 310 can be selectively opened and closed.
  • the upper valve 220 and the lower valve 340 are the same, and consist of a rotatable central portion and a hole formed on the upper surface of the central portion.
  • the hole has a shape extending outward from the center of the central portion, and allows the fluid introduced from the outside to flow to the center and raises it again from the center by hydraulic pressure.
  • the upper valve 220 and the lower valve 340 have mounting protrusions formed on the outer circumferential surfaces of the upper ends, and the upper valve 220 and the lower valve 340 are attached to the connection part 200 and the reaction part 300. ) is mounted, a mounting groove into which the mounting protrusion enters is formed, and the upper valve 220 and the lower valve 340 have a luer lock structure in which the mounting protrusion is inserted into the mounting groove and then rotated and fixed. It is mounted on the connection part 200 and the reaction part 300.
  • the cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention is provided on the lower side of the reaction unit 300 and further includes a recovery unit 400 provided with a waste liquid chamber 410 for recovering a waste solution,
  • the waste chamber 410 may be connected to the discharge hole 350 .
  • the recovery unit 400 changes the pressure in the waste chamber 410 to change the pressure in the plurality of reaction chambers 320 to positive or negative pressure. can be authorized.
  • the waste chamber 410 since the waste chamber 410 is connected to at least one of the reaction channel 310 and the plurality of reaction chambers 320 through the discharge hole 350, the waste chamber 410 Positive or negative pressure may be repeatedly applied to the plurality of reaction chambers 320 according to changes in internal pressure, and as positive or negative pressure is repeatedly applied to the plurality of reaction chambers 320, the mixed solution may be mixed and fixed. , washing, etc. can be performed.
  • waste chamber 410 serves to recover the remaining solution remaining in the reaction channel 310 by applying negative pressure after the reaction of the mixed solution is completed and the lower valve 340 is opened.
  • the plurality of accommodating chambers 110 of the cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention are disposed along the circumferential direction of the storage unit 100, and the reaction received in each of the plurality of accommodating chambers 110 An outlet hole 120 through which the solution is discharged may be formed.
  • the plurality of accommodating chambers 110 may accommodate 1ml of magnetic particle solution, washing buffer, etc., and one small accommodating chamber as seen in FIG. 2 may contain an illusion buffer (50um) having relatively small particles. .
  • an O-ring 240 is provided at the lower end of the protrusion 230, and the O-ring 240 has the protrusion 230 attached to the outlet hole 120. When inserted through, it is possible to seal the portion of the connection portion 200 where the outflow hole 120 and the connection channel 210 are connected.
  • the fixing pin 600 described below is removed when the cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention is used, and accordingly, the protrusion 230 ) penetrates the film covering the outflow hole 120 and communicates the outflow hole 120 and the connection channels 210, and the storage part 100 and the connection part 200 through the laminating process. It also simplifies the manufacturing process and reduces manufacturing costs.
  • a cover part 700 supporting an upper end of the storage part 100 is provided on the upper side of the storage part 100, and the cover part 700 ), a plurality of punchers 710 are formed at positions corresponding to the plurality of accommodating chambers 110, and the plurality of punchers 710 penetrate the plurality of accommodating chambers 110 to communicate with the outside. .
  • This is to promote the flow of the reaction solution in the channel by providing atmospheric pressure to the plurality of accommodating chambers 110 when using the cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • a cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention is a case in which the storage unit 100, the connection unit 200, and the reaction unit 300 are embedded, and a plurality of coupling grooves 810 are formed on the inner circumferential surface. (800); and a plurality of coupling protrusions 130 are formed on the outer circumferential surface of the storage unit 100, and the plurality of coupling protrusions 130 of the storage unit 100 form the plurality of coupling grooves. It may be built into the case 800 while being inserted into the 810 .
  • the coupling protrusion 130 is formed to have a shorter length than the coupling groove 810, which is the coupling protrusion ( 130) is in close contact with the upper surface of the coupling groove 810.
  • an inclined fitting protrusion is formed at the bottom of the coupling groove 810, and the fitting protrusion is fitted into the fitting groove formed at the bottom of the coupling protrusion 130.
  • the fitting protrusion serves to guide the engaging protrusion 130 when the fixing pin 600 is removed and the storage unit 100 slides to the bottom, and the engaging protrusion through the inclined surface of the fitting protrusion. slides down smoothly.
  • the fitting protrusion prevents the fluid from leaking by pushing the storage part 100 back to the top by the elastic force of the O-ring 240 provided in the connection part 200, This is to keep the storage part 100 in close contact with the connection part 200 .
  • a reacted sample may be injected or collected from the outside using a pipette or the like. That is, when the sample is injected or collected, the end of the pipette passes through the storage part 100 and the connection part 200 and approaches the reaction channel 310 to pass the sample into the reaction chamber 320 or the reaction channel 310. It is possible to inject or recover a sample for which the reaction in the reaction chamber 320 or the reaction channel 310 has been completed.
  • the cartridge for diagnosis according to an embodiment of the present invention is provided between the storage part 100 and the connection part 200, and the fixing pin 600 separating the storage part 100 and the connection part 200. ); and, the storage part 100 and the connection part 200 come into close contact when the fixing pin 600 is removed, so that the receiving chamber 110 and the connection channel 210 can be connected.
  • connection part 200 and the storage part 100 are spaced apart through the fixing pin 600, and the accommodation chambers 110 are discharged.
  • the holes 120 are maintained in a sealed state to prevent inflow of foreign substances and deterioration of the reaction solution, and the fixing pin 600 is removed only when used to perform the reaction of the sample.
  • a diagnosis method using a cartridge for diagnosis includes distributing any one of reaction solutions accommodated in a plurality of accommodating chambers 110 through a plurality of connection channels 210 (S100); Injecting a sample into the reaction channel 310 connected to the plurality of connection channels 210, and forming a mixed solution with the sample and the reaction solution distributed from the plurality of connection channels 210 (S200); and performing a reaction of the mixed solution by repeatedly applying positive or negative pressure to the plurality of reaction chambers 320 connected to the reaction channel 310 (S300).
  • the mixed solution is applied to the plurality of reaction chambers 320 and the reaction channel ( 310), and magnetic force may be provided to the reaction channel 310 through the magnetic material 330 provided below the reaction channel 310.
  • the sample eg, serum, 200ul
  • the plurality of receiving chambers 110 are moved through the axial rotation (60 degrees) of the upper valve 220.
  • a reaction solution magnetic particle solution, washing buffer, etc., 1000ul
  • the reaction solution and the reaction channel 310 flow back and forth (1 hour, room temperature), and the sample captures antibodies and biomarkers.
  • the diagnosis method using a cartridge for diagnosis includes pressure control of the reaction chamber 320 and the waste chamber 410 and two valves, the upper valve 220 and the lower valve 340. There is an effect that the reaction of the sample can be simply and quickly performed only by control.

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Abstract

본 발명은 진단을 위해 시료를 반응시키는 카트리지 및 이를 이용한 진단방법에 관한 것이다.

Description

진단을 위한 카트리지 및 이를 이용한 진단방법
본 발명은 진단을 위해 시료를 반응시키는 진단을 위한 카트리지 및 이를 이용한 진단방법에 관한 것이다.
진단을 위한 시료 반응용 카트리지는, 개략적으로 시료를 파쇄(라이시스)하고 타겟물질(단백질, 핵산 등)에 자성입자 및 표지물질을 혼합하고 워싱하여 잔여물을 배출시킴으로써 반응을 수행한다.
또한, 진단을 위한 시료 반응용 카트리지에서의 시료의 파쇄, 혼합 및 반응 과정이 적절한 순서에 따라 순차적으로 수행되어야 하고, 상기 과정들을 수행하기 위한 채널, 챔버, 밸브구조 등이 구비되어야 한다.
따라서, 상기 과정들을 효율적으로 수행하여 진단 정확도 및 쓰루풋을 높힐 수 있는 진단을 위한 카트리지의 개발이 요구된다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 복수의 수용챔버로부터 반응용액을 선택적으로 공급하며, 반응챔버 내의 시료와 반응용액을 혼합한 혼합용액을 반응챔버에 양압 및 음압을 반복하여 인가함으로써 효율적으로 유체의 유동을 제어할 수 있는 진단을 위한 카트리지 및 이를 이용한 진단방법을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 진단을 위한 카트리지는 반응용액이 수용된 복수의 수용챔버가 구비되는, 저장부; 상기 저장부의 하측에 마련되고, 상기 복수의 수용챔버에 연결되는 복수의 연결채널이 구비되며, 상기 복수의 연결채널을 통해 상기 복수의 수용챔버에 수용된 반응용액 중 어느 하나를 유통시키는, 연결부; 및 상기 연결부의 하측에 마련되고, 시료가 주입되며 상기 복수의 연결채널과 연결된 반응채널 및 상기 반응채널과 연결된 복수의 반응챔버가 구비되며, 상기 반응채널에서는 상기 시료와 상기 복수의 연결채널로부터 유통된 상기 반응용액이 혼합용액을 형성하며, 상기 복수의 반응챔버에 양압 또는 음압이 반복적으로 인가됨으로써 상기 혼합용액의 반응이 수행되는, 반응부;를 포함한다.
상기 반응부에서는, 상기 복수의 반응챔버 내의 압력이 양압 또는 음압으로 반복하여 인가되는 경우, 상기 혼합용액이 상기 복수의 반응챔버와 상기 반응채널을 왕복하여 유동될 수 있다.
상기 반응부에는 상기 반응채널 하측에 자성체가 마련되며, 상기 자성체는 상기 혼합용액의 반응 수행 시 상승되어 상기 반응채널에 자기력을 제공할 수 있다.
상기 연결부에는 상기 복수의 연결채널이 모두 연결되는 상부밸브가 마련되며, 상기 상부밸브는 축회전을 통해 상기 복수의 연결채널 중 어느 하나를 상기 반응 채널과 선택적으로 연결할 수 있다.
상기 반응부에는 상기 반응채널에 연결되는 하부밸브가 마련되며, 상기 하부밸브는 축회전을 통해 상기 반응채널에 형성된 배출홀을 선택적으로 개폐할 수 있다.
상기 반응부의 하측에 마련되고, 폐기용액을 회수하는 폐액챔버가 마련된 회수부를 더 포함하고, 상기 폐액챔버는 상기 배출홀과 연결될 수 있다.
상기 회수부는 상기 폐액챔버 내의 압력을 변화시킴으로써, 상기 복수의 반응챔버 내의 압력을 양압 또는 음압으로 인가할 수 있다.
상기 복수의 수용챔버는 상기 저장부의 원주방향을 따라 배치되며, 상기 복수의 수용챔버 각각에는 수용된 반응용액을 유출시키는 유출홀이 형성될 수 있다.
상기 연결부에는 상기 복수의 연결채널의 입구측에 각각 돌출부가 마련되며, 상기 돌출부들은 상기 유출홀들에 관통삽입됨으로써 상기 복수의 수용챔버와 상기 복수의 연결채널을 연통시킬 수 있다.
상기 돌출부의 하단에는 오링이 마련되며, 상기 오링은 상기 돌출부가 상기 유출홀에 관통삽입되는 경우 상기 유출홀과 상기 연결채널이 연결되는 연결부분을 실링할 수 있다.
상기 저장부의 상측에는 상기 저장부의 상단을 지지하는 커버부가 마련되며, 상기 커버부에는 상기 복수의 수용챔버에 대응되는 위치에 복수의 펀쳐가 형성되고, 상기 복수의 펀쳐는 상기 복수의 수용챔버를 관통하여 외부와 연통시킬 수 있다.
상기 저장부, 상기 연결부 및 상기 반응부가 내장되고, 내주면에 복수의 결합홈이 형성된 케이스;를 더 포함하며, 상기 저장부의 외주면에는 복수의 결합돌기가 형성되고, 상기 저장부는 상기 복수의 결합돌기는 상기 복수의 결합홈에 삽입된 상태에서 상기 케이스에 내장될 수 있다.
상기 저장부와 상기 연결부의 사이에 마련되어 상기 저장부와 상기 연결부를 이격시키는 고정핀;을 더 포함하고, 상기 저장부와 상기 연결부는 상기 고정핀이 제거되는 경우 밀착되어 상기 수용챔버와 상기 연결채널이 연결될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 진단을 위한 카트리지를 이용한 진단방법은 복수의 연결채널을 통해 복수의 수용챔버에 수용된 반응용액 중 어느 하나를 유통시키는 단계; 상기 복수의 연결채널과 연결된 반응채널에 시료를 주입하고, 상기 시료와 상기 복수의 연결채널로부터 유통된 상기 반응용액으로 혼합용액을 형성하는 단계; 및 상기 반응채널에 연결된 복수의 반응챔버에 양압 또는 음압을 반복하여 인가함으로써 상기 혼합용액의 반응을 수행하는 단계;를 포함한다.
상기 혼합용액의 반응을 수행하는 단계에서는, 상기 혼합용액이 상기 복수의 반응챔버와 상기 반응채널을 왕복하여 유동되며, 상기 반응채널 하측에 마련되는 자성체를 통해 상기 반응채널에 자기력이 제공될 수 있다.
본 발명의 진단을 위한 카트리지 및 이를 이용한 진단방법에 따르면, 복수의 수용챔버로부터 반응용액을 선택적으로 공급하며, 반응챔버 내의 시료와 반응용액을 혼합한 혼합용액을 반응챔버에 양압 및 음압을 반복하여 인가함으로써 효율적으로 유체의 유동을 제어하고, 이를 통해 진단을 위한 시료의 반응을 빠르고 정확하게 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 전체적인 형태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 저장부를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 저장부를 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 저장부를 나타낸 저면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 연결부를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 연결부를 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 연결부를 나타낸 저면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 연결부에서 상부밸브가 제거된 상태를 나타낸 저면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지에서 저장부, 연결부 및 고정핀이 결합된 상태를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 반응부를 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 반응부를 나타낸 평면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 반응부를 나타낸 저면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 반응부에서 하부밸브가 제거된 상태를 나타낸 저면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 반응부 내 반응챔버와 반응채널을 나타낸 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 연결부와 반응부가 결합된 상태를 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지에서 상부밸브 또는 하부밸브를 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 회수부를 나타낸 사시도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 회수부를 나타낸 평면도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 회수부를 나타낸 저면도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 커버부를 나타낸 사시도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 커버부를 나타낸 저면사시도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 케이스를 나타낸 사시도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 케이스를 나타낸 단면도이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 케이스에서 내주면에 형성된 결합홈을 나타낸 확대도이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 저장부에서 외주면에 형성된 결합돌기를 나타낸 확대도이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 케이스 내부를 나타낸 도면이다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 케이스 외부를 나타낸 도면이다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지를 이용한 진단방법의 순서도이다.
본 명세서에 기재된 실시예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서, 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고, "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 전체적인 형태를 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 저장부를 나타낸 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 저장부를 나타낸 평면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 저장부를 나타낸 저면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 연결부를 나타낸 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 연결부를 나타낸 평면도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 연결부를 나타낸 저면도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 연결부에서 상부밸브가 제거된 상태를 나타낸 저면도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지에서 저장부, 연결부 및 고정핀이 결합된 상태를 나타낸 도면이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 반응부를 나타낸 사시도이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 반응부를 나타낸 평면도이다. 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 반응부를 나타낸 저면도이다. 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 반응부에서 하부밸브가 제거된 상태를 나타낸 저면도이다. 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 반응부 내 반응챔버와 반응채널을 나타낸 단면도이다. 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 연결부와 반응부가 결합된 상태를 나타낸 도면이다. 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지에서 상부밸브 또는 하부밸브를 나타낸 도면이다. 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 회수부를 나타낸 사시도이다. 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 회수부를 나타낸 평면도이다. 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 회수부를 나타낸 저면도이다. 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 커버부를 나타낸 사시도이다. 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 커버부를 나타낸 저면사시도이다. 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 케이스를 나타낸 사시도이다. 도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 케이스를 나타낸 단면도이다. 도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 케이스에서 내주면에 형성된 결합홈을 나타낸 확대도이다. 도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 저장부에서 외주면에 형성된 결합돌기를 나타낸 확대도이다. 도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 케이스 내부를 나타낸 도면이다. 도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 케이스 외부를 나타낸 도면이다. 도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지를 이용한 진단방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지는 반응용액이 수용된 복수의 수용챔버(110)가 구비되는, 저장부(100); 상기 저장부(100)의 하측에 마련되고, 상기 복수의 수용챔버(110)에 연결되는 복수의 연결채널(210)이 구비되며, 상기 복수의 연결채널(210)을 통해 상기 복수의 수용챔버(110)에 수용된 반응용액 중 어느 하나를 유통시키는, 연결부(200); 및 상기 연결부(200)의 하측에 마련되고, 시료가 주입되며 상기 복수의 연결채널(210)과 연결된 반응채널(310) 및 상기 반응채널(310)과 연결된 복수의 반응챔버(320)가 구비되며, 상기 반응채널(310)에서는 상기 시료와 상기 복수의 연결채널(210)로부터 유통된 상기 반응용액이 혼합용액을 형성하며, 상기 복수의 반응챔버(320)에 양압 또는 음압이 반복적으로 인가됨으로써 상기 혼합용액의 반응이 수행되는, 반응부(300);를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지는 진단을 위한 센서 카트리지에서 타겟물질을 검출하기 위해 상기 시료를 반응시키기 위한 것으로써, 개략적으로는 상기 시료를 파쇄하고 자성입자 및 표지물질과 반응시킨 후 잔류물을 세척하기 위한 것이다. 여기서 타겟물질은 분리된 단백질이나 핵산으로써 광학, 전기, 전기화학 등의 방식에 의한 센서를 이용해 이를 검출하여, 분자진단 또는 면역진단 등이 수행되는 것이다.
구체적으로, 도 14를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 상기 반응부(300)에서는, 상기 복수의 반응챔버(320) 내의 압력이 양압 또는 음압으로 반복하여 인가되는 경우, 상기 혼합용액이 상기 복수의 반응챔버(320)와 상기 반응채널(310)을 왕복하여 유동될 수 있다.
이 때, 상기 혼합용액이 상기 반응챔버(320)와 상기 반응채널(310)을 왕복하여 유동됨으로써, 상기 시료가 상기 반응용액(자성입자 및 표지물질 솔루션, 워싱버퍼, 일루션버퍼 등)과 혼합될 수 있고, 아래와 같이 유동 중 자기력을 이용하여 자성입자가 결합된 타겟물질을 고정시킬 수 잇다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 상기 반응부(300)에는 상기 반응채널(310) 하측에 자성체(330)가 마련되며, 상기 자성체(330)는 상기 혼합용액의 반응 수행 시 상승되어 상기 반응채널(310)에 자기력을 제공할 수 있다.
구체적으로, 상기 자성체(330)는 상승 또는 하강되는 자석축으로 구성될 수 있으며, 상기 혼합용액이 상기 반응챔버(320)와 상기 반응채널(310)을 왕복하여 움직일 때 또는 움직임이 완료된 때 상승되고, 자성입자가 결합된 타겟물질을 자기력을 통해 상기 반응채널(310) 내에 고정시키는 역할을 수행한다. 상기 자성체(330)는 상기 타겟물질의 고정을 해제하는 경우에 하강되어 상기 반응채널(310)에 제공되는 자기력이 제공되며, 이 때 외부로부터 피펫 등을 이용하여 반응된 시료가 회수될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 상기 연결부(200)에는 상기 복수의 연결채널(210)이 모두 연결되는 상부밸브(220)가 마련되며, 상기 상부밸브(220)는 축회전을 통해 상기 복수의 연결채널(210) 중 어느 하나를 상기 반응 채널과 선택적으로 연결할 수 있다.
구체적으로, 상기 복수의 연결채널(210)의 일측은 각각 상기 복수의 수용챔버(100)의 상기 복수의 유출홀(120)에 연결되며, 다른 일측은 모두 상기 상부밸브(220)에 연결된다. 도 16을 참고하면, 상기 상부밸브(220)에는 중심부가 축회전 가능하도록 구성되고, 중심부의 상면에 중앙으로부터 외측으로 홈이 형성된다. 이 때 상기 복수의 연결채널(210)의 다른 일측이 상기 상부밸브(220)의 중심부를 기준으로 원주방향을 따라 배치되며, 이에 상기 상부밸브(220)의 중심부에 형성된 홈이 회전되며 복수의 연결채널(210) 중 하나를 선택적으로 연결하는 것이다.
또한, 도 7을 참고하면 상기의 과정을 통해 연결된 어느 하나의 연결채널(210)의 반응용액은 상기 연결부(200)의 상기 상부밸브(220)의 중심부의 홀을 통해 상기 연결부(200)의 내부에서 상승된 후 다시 하강되어 다시 상기 연결부(200)의 내부에서 상승 및 하강하여 상기 반응채널(310)로 유입된다.
보다 구체적으로, 도 6 내지 도 7을 참고하면 상기 연결부(200)의 상면과 하면에는 홈이 형성된 것을 확인할 수 있는데, 상기 연결부(200)의 상면과 하면에는 라미네이팅 필름이 부착됨으로써 상기 홈들이 폐쇄되고, 이를 통해 상기 연결채널(210)들이 형성되는 것이다.
또한, 위와 같이 상기 반응용액들이 상승과 하강을 반복하여 상기 반응채널(310)로 유입됨으로써, 상기 반응용액들의 역류를 방지하고, 상기 반응챔버(320)에 음압이 형성될 시에 상기 연결채널(210) 내 유체가 음압에 의해 일시적으로 모두 빠져나가는 것(사이펀 현상)을 방지하기 위함이다. 결국, 이러한 구조를 통해 유체의 유동을 더욱 정밀하게 원하는 유속으로 제어할 수 있는 것이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 상기 반응부(300)에는 상기 반응채널(310)에 연결되는 하부밸브(340)가 마련되며, 상기 하부밸브(340)는 축회전을 통해 상기 반응채널(310)에 형성된 배출홀(350)을 선택적으로 개폐할 수 있다.
구체적으로, 도 16을 참고하면, 상기 상부밸브(220)와 상기 하부밸브(340)는 동일한 것으로써, 회전가능한 중앙부와 중앙부의 상면에 형성된 홀로 구성된다. 이때 홀은 중앙부의 중심에서 외측으로 연장된 형상으로써, 외측에서 유입되는 유체를 중심으로 흐르도록하고 중심에서 다시 유압에 의해 상승시키게 된다.
또한, 상기 상부밸브(220)와 상기 하부밸브(340)는 상단 외주면에 장착돌기가 형성되고, 상기 연결부(200) 및 상기 반응부(300)에 상기 상부밸브(220)와 상기 하부밸브(340)가 장착되는 위치에는 상기 장착돌기가 들어가는 장착홈이 형성되며, 상기 상부밸브(220)와 상기 하부밸브(340)는 상기 장착돌기가 상기 장착홈에 삽입된 후 회전되어 고정되는 루어락 구조로 상기 연결부(200) 및 상기 반응부(300)에 장착되는 것이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지는 상기 반응부(300)의 하측에 마련되고, 폐기용액을 회수하는 폐액챔버(410)가 마련된 회수부(400)를 더 포함하고, 상기 폐액챔버(410)는 상기 배출홀(350)과 연결될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지에서 상기 회수부(400)는 상기 폐액챔버(410) 내의 압력을 변화시킴으로써, 상기 복수의 반응챔버(320) 내의 압력을 양압 또는 음압으로 인가할 수 있다.
예를 들어, 상기 폐액챔버(410)는 상기 배출홀(350)을 통해 상기 반응채널(310) 또는 상기 복수의 반응챔버(320) 중 적어도 어느 하나와 연결되어 있기 때문에, 상기 폐액챔버(410) 내 압력 변화에 따라 상기 복수의 반응챔버(320)에 양압 또는 음압이 반복적으로 인가될 수 있고, 상기 복수의 반응챔버(320)에 양압 또는 음압이 반복적으로 인가됨에 따라 상기 혼합용액의 혼합, 고정, 세척 등이 수행될 수 있는 것이다.
아울러, 상기 폐액챔버(410)는 상기 혼합용액의 반응이 종료된 후, 상기 하부밸브(340)가 개방된 후 음압이 인가됨으로써, 상기 반응채널(310)에 남아있는 잔여용액을 회수하는 역할을 수행한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 상기 복수의 수용챔버(110)는 상기 저장부(100)의 원주방향을 따라 배치되며, 상기 복수의 수용챔버(110) 각각에는 수용된 반응용액을 유출시키는 유출홀(120)이 형성될 수 있다.
이 때, 상기 저장부(100)는 상면에 라미네이팅 필름이 부착되어, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 사용 전에는 상기 복수의 수용챔버(110)이 밀봉된 상태로 유지되는 것이며, 상기 복수의 수용챔버(110)에는 자성입자 용액, 워싱버퍼 등이 1ml씩 수용될 수 있고, 도 2에서 확인되는 하나의 작은 수용챔버에는 상대적으로 입자가 작은 일루션 버퍼(50um)가 수용될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 상기 연결부(200)에는 상기 복수의 연결채널(210)의 입구측에 각각 돌출부(230)가 마련되며, 상기 돌출부(230)들은 상기 유출홀(120)들에 관통삽입됨으로써 상기 복수의 수용챔버(110)와 상기 복수의 연결채널(210)을 연통시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지에서 상기 돌출부(230)의 하단에는 오링(240)이 마련되며, 상기 오링(240)은 상기 돌출부(230)가 상기 유출홀(120)에 관통삽입되는 경우 상기 유출홀(120)과 상기 연결채널(210)이 연결되는 연결부(200)분을 실링할 수 있다.
즉, 상기 저장부(100)의 하면 역시 라미네이팅 필름이 부착됨으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 사용시에 아래 기술하는 고정핀(600)이 제거되고, 이에 따라 상기 돌출부(230)가 상기 유출홀(120)을 덮고 있는 필름을 뚫고 들어가 상기 유출홀(120)과 상기 연결채널(210)들을 연통시키는 것이며, 라미네이팅 처리를 통해 상기 저장부(100)와 상기 연결부(200)의 제조공정을 단순화하고 제조원가를 절감할 수 있는 효과도 도출되는 것이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지에서, 상기 저장부(100)의 상측에는 상기 저장부(100)의 상단을 지지하는 커버부(700)가 마련되며, 상기 커버부(700)에는 상기 복수의 수용챔버(110)에 대응되는 위치에 복수의 펀쳐(710)가 형성되고, 상기 복수의 펀쳐(710)는 상기 복수의 수용챔버(110)를 관통하여 외부와 연통시킬 수 있다. 이는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지의 사용시, 상기 복수의 수용챔버(110)에 대기압을 제공함으로써, 채널 내에서 상기 반응용액의 유동을 촉진하는 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지는 상기 저장부(100), 상기 연결부(200) 및 상기 반응부(300)가 내장되고, 내주면에 복수의 결합홈(810)이 형성된 케이스(800);를 더 포함하며, 상기 저장부(100)의 외주면에는 복수의 결합돌기(130)가 형성되고, 상기 저장부(100)는 상기 복수의 결합돌기(130)는 상기 복수의 결합홈(810)에 삽입된 상태에서 상기 케이스(800)에 내장될 수 있다.
구체적으로, 도 24 내지 도 25를 참고하면, 상기 결합돌기(130)는 상기 결합홈(810)보다 길이가 더 짧도록 형성되며, 이는 아래의 고정핀(600)이 끼워진 상태에서 상기 결합돌기(130)가 상기 결합홈(810)의 상면에 밀착되기 때문이다. 또한, 상기 결합홈(810)의 하단에는 경사진 끼움돌기가 형성되며, 상기 끼움돌기는 상기 결합돌기(130) 하단에 형성된 끼움홈에 끼워지게 된다. 상기 끼움돌기는 상기 고정핀(600)이 제거되어 상기 저장부(100)가 하단으로 슬라이딩될 시, 상기 결합돌기(130)를 가이드하는 역할을 수행하고, 상기 끼움돌기의 경사면을 통해 상기 결합돌기가 아래로 부드럽게 슬라이딩된다. 또한 경사면으로 인해 하단이 상단보다 돌출된 상기 끼움돌기는, 상기 연결부(200)에 구비되는 상기 오링(240)의 탄성력에 의해 상기 저장부(100)가 다시 상단으로 밀려 유체가 유출되는 것을 방지하고 상기 저장부(100)가 상기 연결부(200)에 밀착을 유지할 수 있도록 하는 것이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지는 외부로부터 피펫 등을 이용하여 반응된 시료가 주입되거나 회수될 수 있다. 즉, 피펫은 시료 주입 또는 회수 시에, 단부가 상기 저장부(100)와 상기 연결부(200)를 지나 상기 반응채널(310)에 근접하여 반응챔버(320) 또는 반응채널(310) 내에 시료를 주입하거나 반응챔버(320) 또는 반응채널(310) 내 반응이 완료된 시료를 회수할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지는 상기 저장부(100)와 상기 연결부(200)의 사이에 마련되어 상기 저장부(100)와 상기 연결부(200)를 이격시키는 고정핀(600);을 더 포함하고, 상기 저장부(100)와 상기 연결부(200)는 상기 고정핀(600)이 제거되는 경우 밀착되어 상기 수용챔버(110)와 상기 연결채널(210)이 연결될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지는 미사용 시, 상기 고정핀(600)을 통해 상기 연결부(200)와 상기 저장부(100)가 이격되고, 상기 수용챔버(110)들의 유출홀(120)들이 밀봉된 상태로 유지되어 이물질의 유입과 상기 반응용액의 변질을 방지하고, 사용시에만 고정핀(600)이 제거되어 상기 시료의 반응을 수행하게 되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지를 이용한 진단방법은 복수의 연결채널(210)을 통해 복수의 수용챔버(110)에 수용된 반응용액 중 어느 하나를 유통시키는 단계(S100); 상기 복수의 연결채널(210)과 연결된 반응채널(310)에 시료를 주입하고, 상기 시료와 상기 복수의 연결채널(210)로부터 유통된 상기 반응용액으로 혼합용액을 형성하는 단계(S200); 및 상기 반응채널(310)에 연결된 복수의 반응챔버(320)에 양압 또는 음압을 반복하여 인가함으로써 상기 혼합용액의 반응을 수행하는 단계(S300);를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지를 이용한 진단방법의 상기 혼합용액의 반응을 수행하는 단계(S300)에서는, 상기 혼합용액이 상기 복수의 반응챔버(320)와 상기 반응채널(310)을 왕복하여 유동되며, 상기 반응채널(310) 하측에 마련되는 자성체(330)를 통해 상기 반응채널(310)에 자기력이 제공될 수 있다.
구체적으로, 상기 시료(예를 들어, 혈청, 200ul)는 피펫을 통해 반응챔버(320)에 주입되며, 이후 상기 상부밸브(220)의 축회전(60도) 통해 상기 복수의 수용챔버(110) 중 어느 하나에서 반응용액(자성입자 용액, 워싱버퍼 등, 1000ul)이 반응챔버(320)로 공급되는 것이다. 이후 상기 반응챔버(320) 중 어느 하나에 양압과 음압이 반복적으로 인가됨으로써, 상기 반응용액과 상기 반응채널(310)을 왕복하여 유동(1시간, 상온)되고, 상기 시료는 Capture 항체 및 바이오마커 결합 처리되며, 이후, 다시 상기 반응챔버(320) 중 어느 하나에 양압과 음압이 반복적으로 인가됨과 동시에 자성체(330)가 상기 반응채널(310)에 근접하도록 상승되어 자성물질과 결합된 시료성분을 고정(4분 50초)시킨다. 상기 작업이 종료된 후에는 상기 하부밸브(340)가 축회전(180도)되어 오픈되고 상기 폐액챔버(410)에 음압이 인가되어 반응 종료 후 잔여용액이 상기 폐액챔버(410)로 배출된다.
상기 시료는 타겟물질의 반응, 세척1, 세척2, 세척3, 농축된 시료 준비의 순서대로 반응이 수행되며, 상기 각 반응 과정은 상기 반응챔버(320) 및 상기 폐액챔버(410)의 압력조절과 상기 상부밸브(220)의 축회전에 따라 상기 복수의 수용챔버(110)의 반응용액을 상기 반응챔버(320)에 순차적으로 공급함으로써 이루어진다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단을 위한 카트리지를 이용한 진단방법은 상기 반응챔버(320) 및 상기 폐액챔버(410)의 압력제어와 상부밸브(220) 및 하부밸브(340) 두개의 밸브제어 만으로 상기 시료의 반응을 간편하고 신속하게 수행할 수 있는 효과가 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 제한하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 제한되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
[이 발명을 지원한 국가연구개발사업]
[과제고유번호] 1711137573
[과제번호] 2021M3H4A4080275
[부처명] 과학기술정보통신부
[과제관리(전문)기관명] 한국연구재단
[연구사업명] 나노·소재기술개발(R＆D)
[연구과제명] 고속 시료전처리 및 나노분석 자동화기술 개발
[기여율] 1/1
[과제수행기관명] 나노종합기술원
[연구기간] 2021.05.10 ~ 2022.01.31

Claims (15)

  1. 반응용액이 수용된 복수의 수용챔버가 구비되는, 저장부;
    상기 저장부의 하측에 마련되고, 상기 복수의 수용챔버에 연결되는 복수의 연결채널이 구비되며, 상기 복수의 연결채널을 통해 상기 복수의 수용챔버에 수용된 반응용액 중 어느 하나를 유통시키는, 연결부; 및
    상기 연결부의 하측에 마련되고, 시료가 주입되며 상기 복수의 연결채널과 연결된 반응채널 및 상기 반응채널과 연결된 복수의 반응챔버가 구비되며, 상기 반응채널에서는 상기 시료와 상기 복수의 연결채널로부터 유통된 상기 반응용액이 혼합용액을 형성하며, 상기 복수의 반응챔버에 양압 또는 음압이 반복적으로 인가됨으로써 상기 혼합용액의 반응이 수행되는, 반응부;를 포함하는 진단을 위한 카트리지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응부에서는, 상기 복수의 반응챔버 내의 압력이 양압 또는 음압으로 반복하여 인가되는 경우, 상기 혼합용액이 상기 복수의 반응챔버와 상기 반응채널을 왕복하여 유동되는 것을 특징으로 하는 진단을 위한 카트리지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응부에는 상기 반응채널 하측에 자성체가 마련되며, 상기 자성체는 상기 혼합용액의 반응 수행 시 상승되어 상기 반응채널에 자기력을 제공하는 것을 특징으로 하는 진단을 위한 카트리지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결부에는 상기 복수의 연결채널이 모두 연결되는 상부밸브가 마련되며, 상기 상부밸브는 축회전을 통해 상기 복수의 연결채널 중 어느 하나를 상기 반응 채널과 선택적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 진단을 위한 카트리지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응부에는 상기 반응채널에 연결되는 하부밸브가 마련되며, 상기 하부밸브는 축회전을 통해 상기 반응채널에 형성된 배출홀을 선택적으로 개폐하는 것을 특징으로 하는 진단을 위한 카트리지.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 반응부의 하측에 마련되고, 폐기용액을 회수하는 폐액챔버가 마련된 회수부를 더 포함하고, 상기 폐액챔버는 상기 배출홀과 연결되는 것을 특징으로 하는 진단을 위한 카트리지.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 회수부는 상기 폐액챔버 내의 압력을 변화시킴으로써, 상기 복수의 반응챔버 내의 압력을 양압 또는 음압으로 인가하는 것을 특징으로 하는 진단을 위한 카트리지.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 수용챔버는 상기 저장부의 원주방향을 따라 배치되며, 상기 복수의 수용챔버 각각에는 수용된 반응용액을 유출시키는 유출홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 진단을 위한 카트리지.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 연결부에는 상기 복수의 연결채널의 입구측에 각각 돌출부가 마련되며, 상기 돌출부들은 상기 유출홀들에 관통삽입됨으로써 상기 복수의 수용챔버와 상기 복수의 연결채널을 연통시키는 것을 특징으로 하는 진단을 위한 카트리지.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 돌출부의 하단에는 오링이 마련되며, 상기 오링은 상기 돌출부가 상기 유출홀에 관통삽입되는 경우 상기 유출홀과 상기 연결채널이 연결되는 연결부분을 실링하는 것을 특징으로 하는 진단을 위한 카트리지.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 저장부의 상측에는 상기 저장부의 상단을 지지하는 커버부가 마련되며, 상기 커버부에는 상기 복수의 수용챔버에 대응되는 위치에 복수의 펀쳐가 형성되고, 상기 복수의 펀쳐는 상기 복수의 수용챔버를 관통하여 외부와 연통시키는 것을 특징으로 하는 진단을 위한 카트리지.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 저장부, 상기 연결부 및 상기 반응부가 내장되고, 내주면에 복수의 결합홈이 형성된 케이스;를 더 포함하며, 상기 저장부의 외주면에는 복수의 결합돌기가 형성되고, 상기 저장부는 상기 복수의 결합돌기는 상기 복수의 결합홈에 삽입된 상태에서 상기 케이스에 내장되는 것을 특징으로 하는 진단을 위한 카트리지.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 저장부와 상기 연결부의 사이에 마련되어 상기 저장부와 상기 연결부를 이격시키는 고정핀;을 더 포함하고, 상기 저장부와 상기 연결부는 상기 고정핀이 제거되는 경우 밀착되어 상기 수용챔버와 상기 연결채널이 연결되는 것을 특징으로 하는 진단을 위한 카트리지.
  14. 복수의 연결채널을 통해 복수의 수용챔버에 수용된 반응용액 중 어느 하나를 유통시키는 단계;
    상기 복수의 연결채널과 연결된 반응채널에 시료를 주입하고, 상기 시료와 상기 복수의 연결채널로부터 유통된 상기 반응용액으로 혼합용액을 형성하는 단계; 및
    상기 반응채널에 연결된 복수의 반응챔버에 양압 또는 음압을 반복하여 인가함으로써 상기 혼합용액의 반응을 수행하는 단계;를 포함하는 진단을 위한 카트리지를 이용한 진단방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 혼합용액의 반응을 수행하는 단계에서는, 상기 혼합용액이 상기 복수의 반응챔버와 상기 반응채널을 왕복하여 유동되며, 상기 반응채널 하측에 마련되는 자성체를 통해 상기 반응채널에 자기력이 제공되는 것을 특징으로 하는 진단을 위한 카트리지를 이용한 진단방법.
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