WO2023121119A1 - 시료 분석용 디스크 - Google Patents

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WO2023121119A1
WO2023121119A1 PCT/KR2022/020275 KR2022020275W WO2023121119A1 WO 2023121119 A1 WO2023121119 A1 WO 2023121119A1 KR 2022020275 W KR2022020275 W KR 2022020275W WO 2023121119 A1 WO2023121119 A1 WO 2023121119A1
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WO
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Prior art keywords
disk
outer cover
sample analysis
disposed
micro
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/020275
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English (en)
French (fr)
Inventor
이태재
이문근
노동기
배남호
이경균
박유민
이석재
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices

Definitions

  • the present invention relates to a disk for sample analysis, and more particularly, to a disk for sample analysis applied to digital PCR equipment using centrifugal force.
  • PCR Polymerase Chain Reaction
  • a digital PCR device capable of mounting a sample and processing and analyzing a PCR process is required.
  • the digital PCR device is configured to insert a sample into the disk while rotating a disk to accommodate the sample, spread the sample on the inner wall of the disk by centrifugal force, and perform a PCR process by controlling the temperature of the sample.
  • a plurality of microwells in which samples are accommodated are provided on the inner wall of a disk applied to a digital PCR device.
  • microwells are spaced apart at equal intervals along the inner circumferential surface of the disk, and are formed in the form of grooves having a predetermined depth so that samples can be individually accommodated by centrifugal force when the disk rotates.
  • a disk and a film having a plurality of microwells are separately manufactured, and the film having the microwells is attached to the inner circumferential surface of the disk using an epoxy material adhesive to manufacture the disk.
  • the epoxy material used during bonding is autofluorescent during UV exposure, causing confusion in the process of detecting the fluorescence signal while rotating the amplified sample. There was a problem affecting the PCR test because the shape was not clearly molded.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to integrally form a micro-well on an inner circumferential surface, thereby reducing manufacturing cost, improving workability and productivity, and providing a more accurate sample. It is to provide a disk for sample analysis capable of being analyzed.
  • a disk for sample analysis according to an embodiment of the present invention for solving the above problems includes a disk assembly including a flow path; and a plurality of micro-wells disposed on the disk assembly and accommodated in the passage, wherein the plurality of micro-wells are integrally formed in at least one portion of the disk assembly.
  • the disk assembly may include an outer cover having an opening and an inlet communicating with the flow path and having the plurality of micro-wells formed in at least one portion; an inner cover coupled to the outer cover to shield the opening and spaced apart from the outer cover to form the flow path; And it may include a lead detachably coupled to the inlet.
  • the outer cover may include a disc-shaped outer plate including the inlet; and a cylindrical outer tube disposed to surround the circumference of the outer plate and having the plurality of micro-wells formed along an inner circumferential surface, wherein the plurality of micro-wells are formed on the inner circumferential surface of the outer tube, and the disc It may include a first surface disposed parallel to the central axis of the assembly, and a second surface disposed obliquely with respect to the first surface.
  • the second surface may be disposed stepwise with respect to the first surface along an axial direction of the disk assembly.
  • the inlet may have a structure in which a size of a diameter is variable along a direction of a central axis of the disk assembly.
  • the outer cover may further include a reinforcing rib disposed on an outer surface of the outer plate in a radial structure to support the outer plate.
  • the reinforcing rib may include a ring-shaped pillar protruding from the outer surface of the outer plate and communicating with the inlet; and a plurality of extensions protruding from the outer surface of the outer plate and disposed in a radial structure around the pillar part.
  • the outer cover may further include a coupling member disposed at an end of the outer tube and configured to bond the outer cover and the inner cover while melting during ultrasonic fusion.
  • the coupling member may be formed in a wedge structure having a first inclined surface and a second inclined surface disposed opposite to the first inclined surface.
  • the inner cover may include a disk-shaped inner plate accommodated inside the outer cover and spaced apart from the outer plate; a cylindrical inner tube disposed to surround the circumference of the inner plate, accommodated inside the outer cover, and spaced apart from the outer tube; and a flange disposed at an end of the inner tube, coupled to an end of the outer tube, and configured to separate the outer cover from the inner cover.
  • the inner plate may include a first portion disposed facing the inlet and forming a concave groove; and a second portion extending from the first portion to form the flow path.
  • the first part may include a base part; a protrusion protruding from the base toward the inlet; and a connecting portion that is inclined with respect to the central axis of the disk assembly and connects the base portion and the second portion.
  • the flange may include a first support part which is in contact with an end portion of the outer tube and spaced apart the inner plate from the outer plate; and a second support part contacting an inner circumferential surface of the outer tube to separate the inner tube from the outer tube.
  • the flange may further include a coupling groove having a shape corresponding to the coupling member.
  • the lead may include a body portion press-fitted into the inlet; a first hooking part disposed on one side of the body part and hooked on an outer surface of the outer cover; and a second hooking part disposed on the other side of the body part and hooked on an inner surface of the outer cover.
  • the plurality of micro-wells may have a depth of 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less from the inner circumferential surface of the disk assembly.
  • the plurality of micro-wells may have an inclination angle of 1 degree or more and 20 degrees or less in a recessed direction from the inner circumferential surface of the disk assembly.
  • the relative ratio of the distance between the centers of the plurality of micro-wells to the width of one micro-well may be 1:1.1 to 1:2.
  • the plurality of micro-wells have a protrusion-shaped pattern corresponding to the plurality of micro-wells formed on an outer circumferential surface, are accommodated inside the outer cover and disposed at an eccentric position with respect to the center of the outer cover, and the outer cover It may be integrally formed with the outer cover by being pressed and heated by a stamping roll that is rotated while in contact with the inner circumferential surface of the outer cover.
  • a disk for sample analysis according to another embodiment of the present invention for solving the above problems includes a body; a first flow path provided inside the body and guiding the sample introduced into the body to the outside of the body in a radial direction; a second passage communicating with the first passage and guiding the sample introduced from the first passage in an axial direction of the body; and a well integrally formed on the flow path forming surface forming the second flow path to accommodate the sample passing through the second flow path.
  • the microwells are integrally formed in the disk assembly, the disk manufacturing process is simplified, manufacturing costs can be reduced, and productivity and workability can be improved.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a disk for sample analysis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing a disk for sample analysis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III of FIG. 1 .
  • FIG. 4 is an enlarged view of part “A” in FIG. 3 .
  • FIG. 5 is an enlarged view of part “B” of FIG. 3 .
  • FIG. 6 is a plan view illustrating an outer cover of a disk for sample analysis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an enlarged view of part “C” of FIG. 4 .
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a state in which microwells are formed in an outer cover of a disk for sample analysis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view schematically illustrating a microwell of a disk for sample analysis 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.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a disk for analyzing a sample according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing a disk for analyzing a sample according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a line III-III of FIG. This is a cross-sectional view along the
  • the disk 100 for sample analysis according to the embodiment of the present invention has a disk-shaped body 110, that is, a disk-shaped It includes a disk assembly 110 and a micro-sized well 120 integrally formed in the disk assembly 110 to receive a sample, that is, a plurality of micro wells 120 .
  • the disk assembly 110 has a flow path 110A in which a sample (not shown) is accommodated, and is formed in a disk shape so that the sample accommodated therein adheres to the inner circumferential surface forming the flow path 110A by centrifugal force during rotation.
  • the flow path 110A provided in the disk assembly 110 includes a first flow path 110A1 for guiding a sample introduced into the disk assembly 110 outward in a radial direction of the disk assembly 110 and a first flow path 110A1.
  • a second flow path 110A2 communicating with the flow path 110A1 and guiding the sample introduced from the first flow path 110A1 in the axial direction of the disk assembly 110 may be included.
  • the sample accommodated in the disk assembly 110 moves from the first flow path 110A1 to the second flow path 110A1 by centrifugal force. It can be moved to the flow path 110A2.
  • the sample moved to the second flow path 110A2 may be accommodated in the plurality of micro wells 120 integrally formed on the inner circumferential surface of the disk assembly 110 forming the second flow path 110A2.
  • the disk assembly 110 may include an outer cover 111 , an inner cover 112 and a lead 113 .
  • the outer cover 111 may be formed of a transparent material and may be disposed above the inner cover 112 along the axial direction of the disk assembly 110 .
  • An opening 111A through which the inner cover 112 can come in and out is provided on one side of the outer cover 111 along the axial direction of the disk assembly 110, and the other side of the outer cover 111 is in communication with the flow path 110A so that the sample It is possible to input, and an input port 111B to which the lead 113 is coupled may be provided.
  • a plurality of micro wells 120 may be integrally formed in at least one portion of the outer cover 111 .
  • the outer cover 111 includes a disc-shaped outer plate 111C in which an inlet 111B is formed at the inner center, and an opening 111A disposed to surround the outer plate 111C to form an inner circumferential surface. It may include a cylindrical outer tube 111D in which a plurality of micro wells 120 are integrally formed along the .
  • FIG. 4 is an enlarged view of part “A” in FIG. 3 .
  • the inner circumferential surface of the outer tube 111D may be divided into a plurality of sections.
  • the inner circumferential surface of the outer tube 111D is disposed parallel to the central axis CA of the disk assembly 110 and is a flow path forming surface SF1 on which the plurality of micro wells 120 are integrally formed, that is, , a first surface SF1, and a second surface SF2 inclined with respect to the first surface SF1.
  • the sample moved in the radial direction of the disk assembly 110 by the centrifugal force is moved to the first surface SF1 through the inclined second surface SF2, and the plurality of micro wells ( 120) can be accommodated.
  • the second surface SF2 may be inclined at an angle ⁇ of about 1 to 10 degrees with respect to the first surface SF1 . More preferably, the second surface SF2 may be inclined at an angle ⁇ of 3 degrees with respect to the first surface SF1.
  • the second surface SF2 may be disposed stepwise with respect to the first surface SF1 along the axial direction of the disk assembly 110 .
  • the sample moved to the first surface SF1 does not spill over to the second surface SF2 during centrifugal rotation, and can be accommodated in the plurality of micro-wells 120 while flowing on the first surface SF1.
  • FIG. 5 is an enlarged view of part “B” of FIG. 3 .
  • the inlet 111B formed in the outer plate 111C may have a structure in which the size of the diameter varies along the central axis CA of the disk assembly 110 .
  • the inlet 111B may be formed in a tapered structure along the axial direction of the disk assembly 110 .
  • the inlet 111B may have a structure in which a diameter gradually decreases from the inner surface of the outer plate 111C toward the outer surface of the outer plate 111C.
  • the inlet 111B may be inclined at an angle ⁇ of about 1 to 10 degrees with respect to the central axis CA of the disk assembly 110 . More preferably, the inlet 111B may be inclined by an angle ⁇ of 1 to 2 degrees with respect to the central axis CA of the disk assembly 110 .
  • FIG. 6 is a plan view illustrating an outer cover of a disk for sample analysis according to an embodiment of the present invention.
  • the outer cover 111 may further include reinforcing ribs 111E.
  • the reinforcing ribs 111E may be disposed in a radial structure on the outer surface of the outer plate 111C.
  • the reinforcing ribs 111E support the outer plate 111C, so that bending and deformation of the outer plate 111C can be prevented when a load is applied to the outer plate 111C.
  • the reinforcing rib 111E may include a pillar part PM and a plurality of extension parts EM.
  • the pillar part PM may protrude from the outer surface of the outer plate 111C and be formed in a ring shape communicating with the inlet 111B.
  • the plurality of extension parts EM protrude from the outer surface of the outer plate 111C and may be arranged in a radial structure around the pillar part PM.
  • FIG. 7 is an enlarged view of part “C” of FIG. 4 .
  • the outer cover 111 may further include a coupling member 111F.
  • the coupling member 111F is disposed at the end of the outer tube 111D, and can bond the outer cover 111 and the inner cover 112 while being melted and spread widely during ultrasonic fusion.
  • the coupling member 111F may have a structure of a fusion mount in which ultrasonic energy is concentrated during ultrasonic fusion.
  • the coupling member 111F may be formed in a wedge structure having a first inclined surface S1 and a second inclined surface S2 disposed opposite to the first inclined surface S1.
  • the coupling member 111F is not necessarily limited thereto and may be implemented in various structures.
  • the inner cover 112 may be formed of a transparent material, disposed under the outer cover 111 along the axial direction of the disk assembly 110, and coupled to the outer cover 111. there is. Accordingly, the inner cover 112 coupled to the outer cover 111 may block the opening 111A of the outer cover 111 .
  • the inner cover 112 coupled to the outer cover 111 may be spaced apart from the outer cover 111 . Accordingly, a flow path 110A through which a sample may flow may be formed between the outer cover 111 and the inner cover 112 .
  • a joint between the outer cover 111 and the inner cover 112 may be sealed so that the sample does not leak.
  • the outer cover 111 and the inner cover 112 may be mutually coupled and sealed through ultrasonic welding.
  • the outer cover 111 and the inner cover 112 are not necessarily coupled and sealed only through ultrasonic welding, and may be coupled and sealed to each other through various methods.
  • the inner cover 112 may include an inner plate 112A, an inner tube 112B, and a flange 112C.
  • the inner plate 112A may be formed in a disk shape, accommodated inside the outer cover 111, and spaced apart from the outer plate 111C.
  • the inner plate 112A may include a first part P1 and a second part P2.
  • the first part P1 may be disposed opposite to the inlet 111B and form a concave groove in which a sample introduced through the inlet 111B before centrifugal rotation occurs is accommodated.
  • the first part P1 includes a base part P11, a protruding part P12 protruding from the center of the base part P11 toward the inlet 111B, and the base part P11 and the second part. It may include a connection part (P13) connecting (P2).
  • the connecting portion P13 may be inclined with respect to the central axis CA of the disk assembly 110 . Therefore, the sample injected through the inlet 111B falls into the protruding portion P12 and then gradually flows in the radial direction of the disk assembly 110 and is accommodated in the base portion P11.
  • the sample accommodated in the base part P11 moves along the connecting part P13 arranged obliquely by the centrifugal force, and the gap between the second part P2 and the outer cover 111 is moved. flows into the flow path 110A.
  • the second portion P2 extends from the end of the first portion P1 and includes a flow path 110A for guiding the sample accommodated in the first portion P1 to the inner circumferential surface of the outer cover 111 when centrifugal rotation occurs.
  • the inner tube 112B may be formed in a cylindrical shape and extend from an end of the inner plate 112A to surround the inner plate 112A.
  • the inner tube 112B may be accommodated inside the outer cover 111 and spaced apart from the outer tube 111D.
  • the flange 112C may be disposed at an end of the inner tube 112B and coupled to an end of the outer tube 111D.
  • the flange 112C coupled to the outer tube 111D may be coupled through ultrasonic welding as described above, but is not necessarily limited thereto and may be coupled in various ways.
  • the flange 112C coupled to the end of the outer tube 111D may be supported by the outer tube 111D in the axial direction of the disk assembly 110 and in the radial direction of the disk assembly 110 .
  • the flange 112C has a predetermined thickness in the axial direction of the disk assembly 110 and in the radial direction of the disk assembly 110, so that the outer cover 111 and the inner cover 112 can be spaced apart from each other.
  • the flange 112C coupled to the end of the outer tube 111D separates the outer plate 111C and the inner plate 112A in the axial direction of the disk assembly 110, and in the radial direction of the disk assembly 110.
  • the outer tube 111D and the inner tube 112B may be spaced apart from each other.
  • the flange 112C is formed in a stepped structure and supported by the outer tube 111D to include a first support part SM1 and a second support part SM2 spaced apart from the outer cover 111 and the inner cover 112. can
  • the first support part SM1 is supported in contact with the end of the outer tube 111D and has a predetermined thickness in the axial direction of the disk assembly 110, so that the inner plate 112A can be spaced apart from the outer plate 111C. there is.
  • the second support part SM2 is supported in contact with the inner circumferential surface of the outer tube 111D and has a predetermined thickness in the radial direction of the disk assembly 110, so that the inner tube 112B can be spaced apart from the outer tube 111D. there is.
  • the flange 112C may further include a coupling groove C having a shape corresponding to the coupling member 111F disposed at an end of the outer tube 111D.
  • a coupling groove C in which the coupling member 111F is accommodated and supported may be provided on the surface of the inner cover 112 .
  • the outer cover 111 and the inner cover 112 may be bonded to each other through laser bonding instead of ultrasonic welding.
  • the coupling groove C may be formed in a wedge groove structure having inclined surfaces corresponding to the first inclined surface S1 and the second inclined surface S2 of the coupling member 111F.
  • the lead 113 may be detachably coupled to the inlet 111B to selectively open and close the inlet 111B.
  • the lead 113 may be formed of an elastic material capable of deforming a predetermined shape and shape in response to an external force. Thus, while the lead 113 is press-fitted into the inlet 111B, the inlet 111B can be completely airtight.
  • the lead 113 includes a cylindrical body portion 113A press-fitted into the inlet 111B, and a first body portion disposed on one side of the body portion 113A and hooked on the outer surface of the outer cover 111 to be supported. It may include a first hooking part 113B and a second hooking part 113C disposed on the other side of the body part 113A and hooked and supported on the inner surface of the outer cover 111 .
  • the plurality of micro wells 120 are disposed in the disk assembly 110 and accommodated in the flow path 110A, and when the disk assembly 110 is centrifugally rotated, inside the disk assembly 110 It is formed in a plurality of groove structures capable of accommodating samples that have passed through the first flow path 110A1 and the second flow path 110A2.
  • the plurality of micro wells 120 are integrally formed in at least one portion of the disk assembly 110 .
  • the plurality of micro wells 120 are formed on the flow path forming surface SF1 of the outer cover 111 forming the second flow path 110A2, that is, the first surface of the outer cover 111. (SF1) integrally formed.
  • the plurality of micro wells 120 are not formed on a separate film and attached to the disk assembly 110, but at least a portion of the disk assembly 110 through a molding process, that is, the second flow path 110A2. ) Is integrally formed on the inner circumferential surface of the outer cover 111 forming the.
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a state in which microwells are formed in an outer cover of a disk for sample analysis according to an embodiment of the present invention.
  • the plurality of micro-wells 120 are integrally formed on the inner circumferential surface of the disk assembly 110 through a hot roll stamping process in which heat is applied and pressurized to the inner circumferential surface of the disk assembly 110 do.
  • the plurality of micro-wells 120 have protrusion-shaped patterns 210 corresponding to the plurality of micro-wells 120 formed on the outer circumferential surface and accommodated inside the outer cover 111 to form the outer cover 111 It is disposed at an eccentric position with respect to the center of the outer cover 111, and may be integrally formed on the inner circumferential surface of the outer cover 111 by being pressed and heated by the stamping roll 200 rotated in a state of contact with the inner circumferential surface of the outer cover 111.
  • the stamping roll 200 may have an outer diameter smaller than the inner diameter of the outer cover 111 . Accordingly, the stamping roll 200 accommodated inside the outer cover 111 and in contact with the inner circumferential surface of the outer cover 111 may be disposed at an eccentric position with respect to the center of the outer cover 111 . At this time, the outer cover 111 pressed by the stamping roll 200 may be rotated in the circumferential direction by the stamping roll 111 .
  • the protruding pattern 210 formed on the stamping roll 200 may have a size and shape corresponding to the plurality of micro wells 120 .
  • a heater configured to heat the stamping roll 200 inside the stamping roll 200
  • a temperature sensor configured to detect the temperature of the stamping roll 200 heated by the heater (not shown) may be disposed.
  • the stamping roll 200 may press while heating the inner circumferential surface of the outer cover 111 .
  • an actuator configured to rotate the stamping roll 200 may be connected to the stamping roll 200 .
  • the stamping roll 200 is disposed in an eccentric state inside the outer cover 111 by a roll transfer device (not shown) configured to be movable in the X, Y, and Z axis directions, or the outer cover 111 can be separated from
  • the outer cover 111 may be supported and rotated by the disk holder 300 .
  • the disk holder 300 is disposed outside the outer cover 111 and includes a main shaft 310 configured to support and rotate the outer circumferential surface of the outer cover 111, and an outer circumferential surface of the outer cover 111 at a plurality of positions. It may include a plurality of driven shafts 320 configured to be rotated while supporting. Also, although not shown in the drawing, the disk holder 300 may further include a support plate (not shown) supporting an outer surface of the outer cover 111 along the axial direction of the outer cover 111 .
  • the main shaft 310 is disposed opposite to the stamping roll 200 in contact with the inner circumferential surface of the outer cover 111, and the stamping roll 200 is rotated while in contact with the outer circumferential surface of the outer cover 111.
  • the outer cover 111 may be rotated while being rotated in the opposite direction.
  • the main shaft 310 may be rotated at the same speed as the stamping roll 200 .
  • An actuator (not shown) for providing rotational driving force is connected to at least one of the main shaft 310 and the plurality of driven shafts 320, and at least one of the main shaft 310 and the plurality of driven shafts 320 rotation can be driven.
  • the process of forming the plurality of micro-wells 120 on the inner circumferential surface of the outer cover 111 may be performed inside a vacuum chamber (not shown) capable of selectively switching the inner space to a vacuum or atmospheric pressure state.
  • the vacuum chamber forms the inner space in a vacuum state
  • the inner space is in an atmospheric pressure state.
  • a vacuum chamber (not shown) forms the inner space in which the outer cover 111 is accommodated in a vacuum state.
  • the stamping roll 200 is moved to the inside of the outer cover 111 and disposed at an eccentric position with respect to the center of the outer cover 111, and the outer cover 111 ) is in contact with the inner circumferential surface of the And, when the stamping roll 200 and the outer cover 111 come into contact, the stamping roll 200 is rotated at a position eccentric with respect to the center of the outer cover 111 while pressing and heating the inner circumferential surface of the outer cover 111.
  • a plurality of micro wells 120 are formed on the inner circumferential surface of the outer cover 111 . And, when a plurality of micro wells 120 are formed on the inner circumferential surface of the outer cover 111, after the stamping roll 200 stops rotating, it is spaced apart from the outer cover 111, and the vacuum chamber is the outer cover 111 converts the internal space where it is accommodated into the atmospheric pressure state.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view schematically illustrating a microwell of a disk for sample analysis according to an embodiment of the present invention.
  • the plurality of micro wells 120 may have a set size and shape.
  • Each of the plurality of micro wells 120 may have a depth d of 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less from the inner circumferential surface of the disk assembly 110 .
  • each of the plurality of micro-wells 120 may have an inclination angle ⁇ of 1 degree or more and 20 degrees or less in a direction recessed from the inner circumferential surface of the disk assembly 110 .
  • each of the plurality of micro-wells 120 may be implemented as a cylindrical groove or a polygonal columnar groove such as a square column.
  • the shape of the micro-well 120 is not necessarily limited thereto, and may be implemented in various forms according to the protruding pattern 210 provided on the stamping roll 200 .
  • the plurality of micro wells 120 may be spaced apart at set intervals.
  • the relative ratio of the width (W) of one micro-well 120 to the center-to-center distance (C) of the plurality of micro-wells 120 may be 1:1.1 to 1:2.
  • the relative ratio of the width (W) of one micro-well 120 to the center-to-center distance (C) of the plurality of micro-wells 120 may be 1:1.5. Accordingly, the plurality of micro wells 120 having a width W of 200 ⁇ m may be spaced apart at intervals of 100 ⁇ m.
  • the manufacturing process of the disk assembly 110 is simplified, manufacturing cost can be reduced, and productivity and workability are improved. can be improved
  • microwell 120 is formed in the disk assembly 110, since a bonding agent is not used, more accurate analysis of the sample may be possible.

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Abstract

내주면에 마이크로 웰이 일체로 형성되어, 제조 비용을 절감하고, 작업성 및 생산성을 향상시킬 수 있으며, 보다 정확한 시료의 분석이 가능할 수 있는 시료 분석용 디스크를 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석용 디스크는 유로를 포함하는 원반형상의 디스크 조립체 및 디스크 조립체에 마련되는 복수의 마이크로 웰을 포함하고, 복수의 마이크로 웰은 디스크 조립체의 내주면에 일체로 형성된다.

Description

시료 분석용 디스크
본 발명은 시료 분석용 디스크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원심력을 이용한 디지털 PCR 장비에 적용되는 시료 분석용 디스크에 관한 것이다.
중합효소연쇄반응(PCR; Polymerase Chain Reaction)은 핵산을 포함하는 샘플 용액을 반복적으로 가열 및 냉각하여 핵산의 특정 염기 서열을 갖는 부위를 연쇄적으로 복제하여 그 특정 염기 서열 부위를 갖는 핵산을 기하급수적으로 증폭하는 기술로써, 변성(Denaturation), 결합(Annealing), 및 신장(Extension) 등의 일련의 온도 효소 반응 단계로 진행될 수 있다.
이와 같은, 중합효소연쇄반응 시험을 수행하기 위해서는 시료의 장착과 PCR 과정 처리 및 분석이 가능한 디지털 PCR 장치를 필요로 한다.
디지털 PCR 장치는 시료가 수용될 디스크를 회전시키면서 디스크의 내부로 시료를 투입하여 원심력에 의해 디스크의 내벽에 시료가 퍼지도록 하고, 시료의 온도를 제어하여 PCR 과정을 수행하도록 구성된다.
디지털 PCR 장치에 적용되는 디스크의 내벽에는 시료가 수용되는 다수의 마이크로 웰이 마련된다.
마이크로 웰은 디스크의 내주면을 따라 등간격으로 이격 배치되고, 디스크의 회전 시 원심력에 의해 시료가 개별적으로 수용될 수 있도록 소정의 깊이를 갖는 홈 형태로 형성된다.
한편, 종래에는 디스크와, 복수의 마이크로 웰이 형성된 필름을 개별 제작하고, 에폭시 소재의 접착제를 이용하여 마이크로 웰이 형성된 필름을 디스크의 내주면에 부착하여 디스크를 제작하였다.
그러나, 이의 경우 복잡한 제조 과정으로 인하여 제조 비용이 증가하고, 필름을 디스크의 내주면에 본딩할 경우, 필름과 디스크 사이로 이물질 등이 유입되는 문제점이 있었다.
또한, 필름을 디스크의 내주면에 본딩할 경우 본딩 시 사용되는 에폭시 소재가 자외선 노광 시 자가형광되어 증폭된 시료를 회전시키면서 형광 신호를 검출하는 과정에 혼란을 주고, 별도 제작되는 필름의 경우 마이크로 웰의 형상이 명확히 성형되지 않아 PCR 시험에 영향을 미치는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 내주면에 마이크로 웰이 일체로 형성되어, 제조 비용을 절감하고, 작업성 및 생산성을 향상시킬 수 있으며, 보다 정확한 시료의 분석이 가능할 수 있는 시료 분석용 디스크를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 분석용 디스크는 유로를 포함하는 디스크 조립체; 및 상기 디스크 조립체에 배치되어 상기 유로에 수용되는 복수의 마이크로 웰을 포함하고, 상기 복수의 마이크로 웰은 상기 디스크 조립체의 적어도 일 부분에 일체로 형성된다.
상기 디스크 조립체는, 개구 및 상기 유로와 연통되는 투입구를 가지며, 적어도 일 부분에 상기 복수의 마이크로 웰이 형성되는 아우터 커버; 상기 아우터 커버에 결합되어 상기 개구를 차폐하고, 상기 아우터 커버로부터 이격 배치되어 상기 유로를 형성하는 이너 커버; 및 상기 투입구에 탈착 가능하게 결합되는 리드를 포함할 수 있다.
상기 아우터 커버는, 상기 투입구를 포함하는 원판 형상의 아우터 플레이트; 및 상기 아우터 플레이트의 둘레를 감싸도록 배치되고, 내주면을 따라 상기 복수의 마이크로 웰이 형성되는 원통 형상의 아우터 튜브를 포함하고, 상기 아우터 튜브의 내주면은, 상기 복수의 마이크로 웰이 형성되고, 상기 디스크 조립체의 중심축에 대하여 평행하게 배치되는 제1 면과, 상기 제1 면에 대하여 경사지게 배치되는 제2 면을 포함할 수 있다.
상기 제2 면은 디스크 조립체의 축 방향을 따라 상기 제1 면에 대하여 단차지게 배치될 수 있다.
상기 투입구는 상기 디스크 조립체의 중심축 방향을 따라 직경의 크기가 가변되는 구조를 가질 수 있다.
상기 아우터 커버는, 상기 아우터 플레이트의 외면에 방사상 구조로 배치되어 상기 아우터 플레이트를 지지하는 보강 리브를 더 포함할 수 있다.
상기 보강 리브는, 상기 아우터 플레이트의 외면으로부터 돌출되어 상기 투입구와 연통되는 고리형상의 기둥부; 및 상기 아우터 플레이트의 외면으로부터 돌출되고, 상기 기둥부의 둘레에 방사상 구조로 배치되는 복수의 연장부를 포함할 수 있다.
상기 아우터 커버는, 상기 아우터 튜브의 단부에 배치되고, 초음파 융착 시 용해되면서 상기 아우터 커버와 상기 이너 커버를 접합시키도록 구성되는 결합 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 결합 부재는, 제1 경사면과, 상기 제1 경사면에 대향 배치되는 제2 경사면을 가지는 쐐기 구조로 형성될 수 있다.
상기 이너 커버는, 상기 아우터 커버의 내부에 수용되고, 상기 아우터 플레이트로부터 이격 배치되는 원판 형상의 이너 플레이트; 상기 이너 플레이트의 둘레를 감싸도록 배치되고, 상기 아우터 커버의 내부에 수용되어 상기 아우터 튜브로부터 이격 배치되는 원통 형상의 이너 튜브; 및 상기 이너 튜브의 단부에 배치되어 상기 아우터 튜브의 단부에 결합되고, 상기 아우터 커버와 상기 이너 커버를 이격 배치시키도록 구성되는 플랜지를 포함할 수 있다.
상기 이너 플레이트는, 상기 투입구에 대향 배치되고, 오목한 홈을 형성하는 제1 부분; 및 상기 제1 부분으로부터 연장되어 상기 유로를 형성하는 제2 부분을 포함할 수 있다.
상기 제1 부분은, 베이스부; 상기 베이스부로부터 상기 투입구를 향하여 돌출 형성되는 돌출부; 및 상기 디스크 조립체의 중심축에 대하여 경사지게 배치되고, 상기 베이스부와 상기 제2 부분을 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.
상기 플랜지는, 상기 아우터 튜브의 단부에 접하여 상기 이너 플레이트를 상기 아우터 플레이트로부터 이격 배치시키는 제1 지지부; 및 상기 아우터 튜브의 내주면에 접하여 상기 이너 튜브를 상기 아우터 튜브로부터 이격 배치시키는 제2 지지부를 포함할 수 있다.
상기 플랜지는, 상기 결합 부재에 대응되는 형상의 결합홈을 더 포함할 수 있다.
상기 리드는, 상기 투입구에 압입되는 바디부; 상기 바디부의 일 측에 배치되고, 상기 아우터 커버의 외면에 걸려 지지되는 제1 걸림부; 및 상기 바디부의 타 측에 배치되고, 상기 아우터 커버의 내면에 걸려 지지되는 제2 걸림부를 포함할 수 있다.
상기 복수의 마이크로 웰은, 상기 디스크 조립체의 내주면으로부터 10 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하의 깊이를 가질 수 있다.
상기 복수의 마이크로 웰은, 상기 디스크 조립체의 내주면으로부터 함몰된 방향으로 1 도 이상 20 도 이하의 경사각을 가질 수 있다.
하나의 마이크로 웰의 폭 대비, 상기 복수의 마이크로 웰의 중심간 거리의 상대비는 1:1.1 내지 1:2 일 수 있다.
상기 복수의 마이크로 웰은, 외주면에 상기 복수의 마이크로 웰에 대응되는 돌기 형상의 패턴이 형성되고, 상기 아우터 커버의 내부에 수용되어 상기 아우터 커버의 중심에 대하여 편심된 위치에 배치되며, 상기 아우터 커버의 내주면에 접촉된 상태로 회전되는 스탬핑 롤에 가압 및 가열되어 상기 아우터 커버에 일체로 형성될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 시료 분석용 디스크는 몸체; 상기 몸체 내부에 마련되어 상기 몸체 내부로 유입된 시료를 상기 몸체의 반경 방향 외측으로 안내하는 제1 유로; 상기 제1 유로와 연통되며, 상기 제1 유로로부터 유입된 상기 시료를 상기 몸체의 축 방향으로 안내하는 제2 유로; 및 상기 제2 유로를 형성하는 유로형성면에 일체로 형성되어 상기 제2 유로를 통과한 시료를 수용하는 웰을 가진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 디스크 조립체에 마이크로 웰이 일체로 형성되므로, 디스크의 제조 공정이 간소화되어 제조 비용을 절감할 수 있고, 생산성 및 작업성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 디스크 조립체와 마이크로 웰 사이로 이물질의 유입이 완벽히 차단되므로, 디스크 조립체의 오염을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 본딩제가 사용되지 않으므로, 보다 정확한 시료의 분석이 가능할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석용 디스크를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석용 디스크를 나타낸 분해사시도이다.
도 3은 도 1의 III-III 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 4는 도 3의 “A” 부분을 확대한 확대도이다.
도 5는 도 3의 “B” 부분을 확대한 확대도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석용 디스크의 아우터 커버를 나타낸 평면도이다.
도 7은 도 4의 “C” 부분을 확대한 확대도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석용 디스크의 아우터 커버에 마이크로 웰이 형성되는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석용 디스크의 마이크로 웰을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석용 디스크를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석용 디스크를 나타낸 분해사시도이며, 도 3은 도 1의 III-III 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석용 디스크(100)(이하 '시료 분석용 디스크(100)'라 함)는 디스크 형상의 몸체(110), 즉, 원반형상의 디스크 조립체(110)와, 디스크 조립체(110)에 일체로 형성되어 시료가 수용되는 마이크로 크기의 웰(120), 즉, 복수의 마이크로 웰(120)을 포함한다.
디스크 조립체(110)는 시료(미도시)가 수용되는 유로(110A)를 가지며, 회전 시 내부에 수용된 시료가 원심력에 의해 유로(110A)를 형성하는 내주면에 밀착되도록 원반형상으로 형성된다. 예를 들어, 디스크 조립체(110)에 마련되는 유로(110A)는 디스크 조립체(110)의 내부로 유입된 시료를 디스크 조립체(110)의 반경 방향 외측으로 안내하는 제1 유로(110A1) 및 제1 유로(110A1)와 연통되며, 제1 유로(110A1)로부터 유입된 시료를 디스크 조립체(110)의 축 방향으로 안내하는 제2 유로(110A2)를 포함할 수 있다.
따라서, 디스크 조립체(110)가 디지털 PCR 장비(미도시)에 장착된 후, 디지털 PCR 장비에 의해 회전될 경우, 디스크 조립체(110)에 수용된 시료는 원심력에 의해 제1 유로(110A1)에서 제2 유로(110A2)로 이동될 수 있다. 그리고, 제2 유로(110A2)로 이동된 시료는 제2 유로(110A2)를 형성하는 디스크 조립체(110)의 내주면에 일체로 형성된 복수의 마이크로 웰(120)에 수용될 수 있다.
디스크 조립체(110)는 아우터 커버(111), 이너 커버(112) 및 리드(113)를 포함할 수 있다.
아우터 커버(111)는 투명한 재질로 형성되고, 디스크 조립체(110)의 축방향을 따라 이너 커버(112)의 상부에 배치될 수 있다.
디스크 조립체(110)의 축방향을 따라 아우터 커버(111)의 일 측에는 이너 커버(112)가 출입 가능한 개구(111A)가 마련되고, 아우터 커버(111)의 타 측에는 유로(110A)와 연통되어 시료의 투입이 가능하고, 리드(113)가 결합되는 투입구(111B)가 마련될 수 있다. 또한, 아우터 커버(111)의 적어도 일 부분에는 복수의 마이크로 웰(120)이 일체로 형성될 수 있다.
구체적으로, 아우터 커버(111)는 내측 중앙에 투입구(111B)가 형성되는 원판 형상의 아우터 플레이트(111C)와, 아우터 플레이트(111C)의 둘레를 감싸도록 배치되어 개구(111A)를 형성하고, 내주면을 따라 복수의 마이크로 웰(120)이 일체로 형성되는 원통 형상의 아우터 튜브(111D)를 포함할 수 있다.
도 4는 도 3의 “A” 부분을 확대한 확대도이다.
도 4를 참조하면, 아우터 튜브(111D)의 내주면은 복수의 구간으로 구분될 수 있다.
구체적으로, 아우터 튜브(111D)의 내주면은, 디스크 조립체(110)의 중심축(CA)에 대하여 평행하게 배치되고, 복수의 마이크로 웰(120)이 일체로 형성되는 유로형성면(SF1), 즉, 제1 면(SF1)과, 제1 면(SF1)에 대하여 경사지게 배치되는 제2 면(SF2)을 포함할 수 있다.
따라서, 디스크 조립체(110)의 회전 시 원심력에 의해 디스크 조립체(110)의 반경 방향으로 이동된 시료는 경사진 제2 면(SF2)을 통해 제1 면(SF1)으로 이동되어 복수의 마이크로 웰(120)에 수용될 수 있다.
예를 들어, 제2 면(SF2)은 제1 면(SF1)에 대하여 약 1 ~ 10 도의 각도(α)로 경사지게 배치될 수 있다. 보다 바람직하게는, 제2 면(SF2)은 제1 면(SF1)에 대하여 3 도의 각도(α)만큼 경사지게 배치될 수 있다.
또한, 제2 면(SF2)은 디스크 조립체(110)의 축 방향을 따라 제1 면(SF1)에 대하여 단차지게 배치될 수 있다.
이에, 제1 면(SF1)으로 이동된 시료가 원심회전되는 과정에서 제2 면(SF2)으로 넘치지 않고, 제1 면(SF1) 상에서 유동되면서 복수의 마이크로 웰(120)로 수용될 수 있다.
도 5는 도 3의 “B” 부분을 확대한 확대도이다.
도 5를 참조하면, 아우터 플레이트(111C)에 형성된 투입구(111B)는 디스크 조립체(110)의 중심축(CA) 방향을 따라 직경의 크기가 가변되는 구조를 가질 수 있다.
투입구(111B)는 디스크 조립체(110)의 축방향을 따라 테이퍼진 구조로 형성될 수 있다.
구체적으로, 투입구(111B)는 아우터 플레이트(111C)의 내면에서 아우터 플레이트(111C)의 외면을 향할수록 직경의 크기가 점차 감소되는 구조로 형성될 수 있다.
예를 들어, 투입구(111B)는 디스크 조립체(110)의 중심축(CA)에 대하여 약 1 ~ 10 도의 각도(β)로 경사지게 배치될 수 있다. 보다 바람직하게는, 투입구(111B)는 디스크 조립체(110)의 중심축(CA)에 대하여 1 ~ 2 도의 각도(β)만큼 경사지게 배치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석용 디스크의 아우터 커버를 나타낸 평면도이다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 아우터 커버(111)는 보강 리브(111E)를 더 포함할 수 있다.
보강 리브(111E)는 아우터 플레이트(111C)의 외면에 방사상 구조로 배치될 수 있다.
이에, 보강 리브(111E)는 아우터 플레이트(111C)를 지지하여, 아우터 플레이트(111C)에 하중이 가해질 경우 아우터 플레이트(111C)의 휨 및 변형을 방지할 수 있다.
보강 리브(111E)는 기둥부(PM)와, 복수의 연장부(EM)를 포함할 수 있다.
기둥부(PM)는 아우터 플레이트(111C)의 외면으로부터 돌출되고, 투입구(111B)와 연통되는 고리형상으로 형성될 수 있다.
복수의 연장부(EM)는 아우터 플레이트(111C)의 외면으로부터 돌출되고, 기둥부(PM)의 둘레에 방사상 구조로 배치될 수 있다.
도 7은 도 4의 “C” 부분을 확대한 확대도이다.
도 2, 도 3 및 도 7을 참조하면, 아우터 커버(111)는 결합 부재(111F)를 더 포함할 수 있다.
결합 부재(111F)는 아우터 튜브(111D)의 단부에 배치되고, 초음파 융착 시 용해되어 넓게 퍼지면서 아우터 커버(111)와 이너 커버(112)를 접합시킬 수 있다.
결합 부재(111F)는 초음파 융착 시 초음파에너지가 집중되는 융착산의 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 결합 부재(111F)는 제1 경사면(S1)과, 제1 경사면(S1)에 대향 배치되는 제2 경사면(S2)을 가지는 쐐기 구조로 형성될 수 있다. 그러나, 결합 부재(111F)는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 구조로 구현될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 이너 커버(112)는 투명한 재질로 형성되고, 디스크 조립체(110)의 축방향을 따라 아우터 커버(111)의 하부에 배치되어 아우터 커버(111)에 결합될 수 있다. 이에, 아우터 커버(111)에 결합된 이너 커버(112)는 아우터 커버(111)의 개구(111A)를 차폐할 수 있다.
또한, 아우터 커버(111)에 결합된 이너 커버(112)는 아우터 커버(111)로부터 이격 배치될 수 있다. 이에, 아우터 커버(111)와 이너 커버(112) 사이에는 시료의 유동이 가능한 유로(110A)가 형성될 수 있다.
한편, 아우터 커버(111)와 이너 커버(112)의 결합부위는 시료가 누수되지 않도록 실링처리 될 수 있다. 예를 들어, 아우터 커버(111)와 이너 커버(112)는 초음파 융착을 통해 상호 결합 및 실링될 수 있다. 그러나, 아우터 커버(111)와 이너 커버(112)는 반드시 초음파 융착을 통해서만 결합 및 실링되는 것은 아니며, 다양한 방식을 통해 서로 결합 및 실링될 수 있다.
이너 커버(112)는 이너 플레이트(112A), 이너 튜브(112B) 및 플랜지(112C)를 포함할 수 있다.
이너 플레이트(112A)는 원판 형상으로 형성되어 아우터 커버(111)의 내부에 수용되고, 아우터 플레이트(111C)로부터 이격 배치될 수 있다.
이너 플레이트(112A)는 제1 부분(P1)과, 제2 부분(P2)을 포함할 수 있다.
제1 부분(P1)은 투입구(111B)에 대향 배치되고, 원심 회전이 발생되기 전 투입구(111B)통해 투입된 시료가 수용되는 오목한 홈을 형성할 수 있다.
예를 들어, 제1 부분(P1)은 베이스부(P11)와, 베이스부(P11)의 중앙에서 투입구(111B)를 향하여 돌출 형성되는 돌출부(P12)와, 베이스부(P11)와 제2 부분(P2)을 연결하는 연결부(P13)를 포함할 수 있다. 여기서, 연결부(P13)는 디스크 조립체(110)의 중심축(CA)에 대하여 경사지게 배치될 수 있다. 따라서, 투입구(111B)로 투입된 시료는 돌출부(P12)로 낙하된 후, 디스크 조립체(110)의 반경방향으로 서서히 흘러 베이스부(P11)에 수용된다. 그리고, 디스크 조립체(110)가 원심 회전되면, 베이스부(P11)에 수용된 시료는 원심력에 의해 경사지게 배치된 연결부(P13)를 따라 이동하여, 제2 부분(P2)과 아우터 커버(111) 사이의 유로(110A)로 유입된다.
제2 부분(P2)은 제1 부분(P1)의 단부로부터 연장되고, 원심 회전이 발생될 경우 제1 부분(P1)에 수용된 시료를 아우터 커버(111)의 내주면으로 안내하는 유로(110A)를 형성할 수 있다.
이너 튜브(112B)는 원통 형상으로 형성되고, 이너 플레이트(112A)의 단부로부터 연장되어 이너 플레이트(112A)의 둘레를 감싸도록 배치될 수 있다.
이너 튜브(112B)는 아우터 커버(111)의 내부에 수용되어 아우터 튜브(111D)로부터 이격 배치될 수 있다.
도 3 및 도 7을 참조하면, 플랜지(112C)는 이너 튜브(112B)의 단부에 배치되어 아우터 튜브(111D)의 단부에 결합될 수 있다. 이때, 아우터 튜브(111D)에 결합되는 플랜지(112C)는 상술한 바와 같이 초음파 융착을 통해 결합될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 방식으로 결합될 수 있다.
아우터 튜브(111D)의 단부에 결합된 플랜지(112C)는 디스크 조립체(110)의 축방향과 디스크 조립체(110)의 반경방향으로 아우터 튜브(111D)에 지지될 수 있다.
플랜지(112C)는 디스크 조립체(110)의 축방향과 디스크 조립체(110)의 반경방향으로 소정의 두께를 가짐으로써, 아우터 커버(111)와 이너 커버(112)를 이격 배치시킬 수 있다.
즉, 아우터 튜브(111D)의 단부에 결합된 플랜지(112C)는 디스크 조립체(110)의 축방향으로 아우터 플레이트(111C)와 이너 플레이트(112A)를 이격 배치시키고, 디스크 조립체(110)의 반경방향으로 아우터 튜브(111D)와 이너 튜브(112B)를 이격 배치시킬 수 있다.
플랜지(112C)는 단차 구조로 형성되어 아우터 튜브(111D)에 지지되면서 아우터 커버(111)와 이너 커버(112)를 이격 배치시키는 제1 지지부(SM1)와, 제2 지지부(SM2)를 포함할 수 있다.
제1 지지부(SM1)는 아우터 튜브(111D)의 단부에 접하여 지지되고, 디스크 조립체(110)의 축방향으로 소정의 두께를 가짐으로써 이너 플레이트(112A)를 아우터 플레이트(111C)로부터 이격 배치시킬 수 있다.
제2 지지부(SM2)는 아우터 튜브(111D)의 내주면에 접하여 지지되고, 디스크 조립체(110)의 반경방향으로 소정의 두께를 가짐으로써 이너 튜브(112B)를 아우터 튜브(111D)로부터 이격 배치시킬 수 있다.
한편, 플랜지(112C)는 아우터 튜브(111D)의 단부에 배치된 결합 부재(111F)에 대응되는 형상의 결합홈(C)을 더 포함할 수 있다.
즉, 이너 커버(112)의 표면에는 결합 부재(111F)가 수용 및 지지되는 결합홈(C)이 마련될 수 있다.
이의 경우, 아우터 커버(111)와 이너 커버(112)는 초음파 융착 대신에 레이저 본딩을 통해 상호 접합될 수 있다.
예를 들어, 결합홈(C)은 결합 부재(111F)의 제1 경사면(S1)과 제2 경사면(S2)에 대응되는 경사면들을 가지는 쐐기 홈 구조로 형성될 수 있다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 리드(113)는 투입구(111B)에 탈착 가능하게 결합되어 투입구(111B)를 선택적으로 개폐시키도록 구성될 수 있다.
리드(113)는 외력에 대응하여 소정의 형태 및 형상 변형이 가능한 탄성체 재질로 형성될 수 있다. 이에, 리드(113)는 투입구(111B)에 압입되면서, 투입구(111B)를 완벽히 기밀할 수 있다.
예를 들어, 리드(113)는 투입구(111B)에 압입되는 원기둥 형태의 바디부(113A)와, 바디부(113A)의 일 측에 배치되고, 아우터 커버(111)의 외면에 걸려 지지되는 제1 걸림부(113B)와, 바디부(113A)의 타 측에 배치되고, 아우터 커버(111)의 내면에 걸려 지지되는 제2 걸림부(113C)를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 복수의 마이크로 웰(120)은 디스크 조립체(110)에 배치되어 유로(110A)에 수용되고, 디스크 조립체(110)의 원심 회전 시 디스크 조립체(110)의 내부에서 제1 유로(110A1) 및 제2 유로(110A2)를 통과한 시료를 수용 가능한 복수의 홈 구조로 형성된다.
복수의 마이크로 웰(120)은 디스크 조립체(110)의 적어도 일 부분에 일체로 형성된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 복수의 마이크로 웰(120)은 제2 유로(110A2)를 형성하는 아우터 커버(111)의 유로형성면(SF1), 즉, 아우터 커버(111)의 제1 면(SF1)에 일체로 형성된다.
즉, 복수의 마이크로 웰(120)은 별도의 필름에 형성되어 디스크 조립체(110)에 부착되어 형성되는 것이 아니라, 성형 공정을 통하여 디스크 조립체(110)의 적어도 일 부분, 즉, 제2 유로(110A2)를 형성하는 아우터 커버(111)의 내주면에 일체로 형성된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석용 디스크의 아우터 커버에 마이크로 웰이 형성되는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 복수의 마이크로 웰(120)은 디스크 조립체(110)의 내주면에 열을 가하면서 가압하는 핫 롤 스탬핑(hot roll stamping) 공정을 통하여 디스크 조립체(110)의 내주면에 일체로 형성된다.
구체적으로, 복수의 마이크로 웰(120)은, 외주면에 복수의 마이크로 웰(120)에 대응되는 돌기 형상의 패턴(210)이 형성되고, 아우터 커버(111)의 내부에 수용되어 아우터 커버(111)의 중심에 대하여 편심된 위치에 배치되며, 아우터 커버(111)의 내주면에 접촉된 상태로 회전되는 스탬핑 롤(200)에 가압 및 가열되어 아우터 커버(111)의 내주면에 일체로 형성될 수 있다.
스탬핑 롤(200)은 아우터 커버(111)의 내경 보다 작은 외경의 크기를 가질 수 있다. 이에, 아우터 커버(111)의 내부에 수용되어 아우터 커버(111)의 내주면에 접촉된 스탬핑 롤(200)은 아우터 커버(111)의 중심에 대하여 편심된 위치에 배치될 수 있다. 이때, 스탬핑 롤(200)에 가압되는 아우터 커버(111)는 스탬핑 롤(111)에 의해 원주방향으로 회전될 수 있다.
스탬핑 롤(200)에 형성되는 돌기 형상의 패턴(210)은 복수의 마이크로 웰(120)에 대응되는 크기 및 형상을 가질 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나, 스탬핑 롤(200)의 내부에는 스탬핑 롤(200)을 가열하도록 구성되는 히터(미도시)와, 히터에 의해 가열되는 스탬핑 롤(200)의 온도를 감지하도록 구성되는 온도센서(미도시)가 배치될 수 있다.
이에, 스탬핑 롤(200)은 아우터 커버(111)의 내주면을 가열하면서 가압할 수 있다.
또한, 스탬핑 롤(200)에는 스탬핑 롤(200)을 회전시키도록 구성되는 액추에이터(미도시)가 연결될 수 있다. 그리고, 스탬핑 롤(200)은 X, Y, Z 축 방향으로 이동 가능하도록 구성되는 롤 이송 장치(미도시)에 의하여 아우터 커버(111)의 내부에 편심된 상태로 배치되거나, 아우터 커버(111)로부터 이격될 수 있다.
한편, 아우터 커버(111)는 디스크 홀더(300)에 의해 지지 및 회전될 수 있다.
디스크 홀더(300)는 아우터 커버(111)의 외부에 배치되고, 아우터 커버(111)의 외주면을 지지하면서 회전시키도록 구성되는 주동축(310)과, 복수의 위치에서 아우터 커버(111)의 외주면을 지지하면서 회전되도록 구성되는 복수의 종동축(320)을 포함할 수 있다. 또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 디스크 홀더(300)는 아우터 커버(111)의 축방향을 따라 아우터 커버(111)의 외면을 지지하는 지지판(미도시)을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 주동축(310)은 아우터 커버(111)의 내주면에 접촉된 스탬핑 롤(200)에 대향 배치되고, 아우터 커버(111)의 외주면에 접촉된 상태로 스탬핑 롤(200)이 회전되는 방향과 반대 방향으로 회전되면서 아우터 커버(111)를 회전시킬 수 있다. 이때, 주동축(310)은 스탬핑 롤(200)과 동일한 속도로 회전될 수 있다. 주동축(310) 및 복수의 종동축(320) 중 적어도 어느 하나에는 회전 구동력을 제공하기 위한 엑추에이터(미도시)가 연결되어 주동축(310) 및 복수의 종동축(320) 중 적어도 어느 하나를 회전 구동시킬 수 있다.
한편, 아우터 커버(111)의 내주면에 복수의 마이크로 웰(120)을 형성하는 공정은, 선택적으로 내부공간을 진공 또는 대기압 상태로 전환 가능한 진공챔버(미도시)의 내부에서 이루어질 수 있다.
진공챔버는 아우터 커버(111)에 복수의 마이크로 웰(120)을 형성할 경우 내부공간을 진공상태로 형성하고, 아우터 커버(111)에 복수의 마이크로 웰(120)이 형성된 경우 내부공간을 대기압 상태로 전환할 수 있다.
따라서, 마이크로 웰(120)이 형성되지 않은 아우터 커버(111)가 디스크 홀더(300)에 거치되면, 진공챔버(미도시)가 아우터 커버(111)가 수용된 내부공간을 진공상태로 형성한다. 그리고, 진공챔버의 내부공간이 진공상태로 형성되면, 스탬핑 롤(200)이 아우터 커버(111)의 내부로 이동하여 아우터 커버(111)의 중심에 대하여 편심된 위치에 배치되고, 아우터 커버(111)의 내주면에 접촉된다. 그리고, 스탬핑 롤(200)와 아우터 커버(111)가 접촉되면, 스탬핑 롤(200)이 아우터 커버(111)의 중심에 대하여 편심된 위치에서 회전되면서 아우터 커버(111)의 내주면을 가압 및 가열하여, 아우터 커버(111)의 내주면에 복수의 마이크로 웰(120)을 형성한다. 그리고, 아우터 커버(111)의 내주면에 복수의 마이크로 웰(120)이 형성되면, 스탬핑 롤(200)이 회전을 멈춘 뒤, 아우터 커버(111)로부터 이격 배치되고, 진공챔버가 아우터 커버(111)가 수용된 내부공간을 대기압 상태로 전환한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석용 디스크의 마이크로 웰을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 9를 참조하면, 복수의 마이크로 웰(120)은 설정된 크기 및 형상을 가질 수 있다.
복수의 마이크로 웰(120)은 각각 디스크 조립체(110)의 내주면으로부터 10 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하의 깊이(d)를 가질 수 있다.
또한, 복수의 마이크로 웰(120)은 각각 디스크 조립체(110)의 내주면으로부터 함몰된 방향으로 1 도 이상 20 도 이하의 경사각(γ)을 가질 수 있다.
예를 들어, 복수의 마이크로 웰(120)은 각각 원기둥 형태의 홈 또는 사각기둥 등과 같이 다각기둥 형태의 홈으로 구현될 수 있다. 그러나, 마이크로 웰(120)의 형상은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 스탬핑 롤(200)에 마련된 돌기 형상의 패턴(210)에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
복수의 마이크로 웰(120)은 설정된 간격으로 이격 배치될 수 있다.
구체적으로, 하나의 마이크로 웰(120)의 폭(W) 대비, 복수의 마이크로 웰(120)의 중심간 거리(C)의 상대비는 1:1.1 내지 1:2일 수 있다.
보다 바람직하게는, 하나의 마이크로 웰(120)의 폭(W) 대비, 복수의 마이크로 웰(120)의 중심간 거리(C)의 상대비는 1:1.5일 수 있다. 따라서, 폭(W)의 값이 200 ㎛ 인 복수의 마이크로 웰(120)은 100 ㎛ 간격으로 이격 배치될 수 있다.
이처럼 본 발명의 실시예에 따르면, 디스크 조립체(110)에 마이크로 웰(120)이 일체로 형성되므로, 디스크 조립체(110)의 제조 공정이 간소화되어 제조 비용을 절감할 수 있고, 생산성 및 작업성이 향상될 수 있다.
또한, 디스크 조립체(110)와 마이크로 웰(120) 사이로 이물질의 유입이 완벽히 차단되므로, 디스크 조립체(110)의 오염을 방지할 수 있다.
또한, 디스크 조립체(110)에 마이크로 웰(120)을 형성할 경우, 본딩제가 사용되지 않으므로, 보다 정확한 시료의 분석이 가능할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.
[이 발명을 지원한 국가연구개발사업]
[과제고유번호] 1711139190
[과제번호] NNFC-21-01
[부처명] 과학기술정보통신부
[과제관리(전문)기관명] 나노종합기술원
[연구사업명] 한국과학기술원부설나노종합기술원지원(R&D)-나노종합기술원(주요사업비)
[연구과제명] 디지털PCR을 위한 마이크로웰 reaction 디스크 개발
[기여율] 6/10
[과제수행기관명] 나노종합기술원
[연구기간] 2021.01.01 ~ 2021.12.31
[이 발명을 지원한 국가연구개발사업]
[과제고유번호] 1415170605
[과제번호] P0014175
[부처명] 산업통상자원부
[과제관리(전문)기관명] 한국산업기술진흥원
[연구사업명] 산업혁신기반구축사업
[연구과제명] 정밀의료기술 초융합 상용화지원 플랫폼 구축(2/3)
[기여율] 4/10
[과제수행기관명] 나노종합기술원
[연구기간] 2021.01.01 ~ 2021.12.31

Claims (20)

  1. 유로를 포함하는 디스크 조립체; 및
    상기 디스크 조립체에 배치되어 상기 유로에 수용되는 복수의 마이크로 웰을 포함하고,
    상기 복수의 마이크로 웰은 상기 디스크 조립체의 적어도 일 부분에 일체로 형성되는, 시료 분석용 디스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디스크 조립체는,
    개구 및 상기 유로와 연통되는 투입구를 가지며, 적어도 일 부분에 상기 복수의 마이크로 웰이 일체로 형성되는 아우터 커버;
    상기 아우터 커버에 결합되어 상기 개구를 차폐하고, 상기 아우터 커버로부터 이격 배치되어 상기 유로를 형성하는 이너 커버; 및
    상기 투입구에 탈착 가능하게 결합되는 리드를 포함하는, 시료 분석용 디스크.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 아우터 커버는,
    상기 투입구를 포함하는 원판 형상의 아우터 플레이트; 및
    상기 아우터 플레이트의 둘레를 감싸도록 배치되고, 내주면을 따라 상기 복수의 마이크로 웰이 형성되는 원통 형상의 아우터 튜브를 포함하고,
    상기 아우터 튜브의 내주면은,
    상기 복수의 마이크로 웰이 형성되고, 상기 디스크 조립체의 중심축에 대하여 평행하게 배치되는 제1 면과,
    상기 제1 면에 대하여 경사지게 배치되는 제2 면을 포함하는, 시료 분석용 디스크.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 면은 디스크 조립체의 축 방향을 따라 상기 제1 면에 대하여 단차지게 배치되는, 시료 분석용 디스크.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 투입구는 상기 디스크 조립체의 중심축 방향을 따라 직경의 크기가 가변되는 구조를 갖는, 시료 분석용 디스크.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 아우터 커버는,
    상기 아우터 플레이트의 외면에 방사상 구조로 배치되어 상기 아우터 플레이트를 지지하는 보강 리브를 더 포함하는, 시료 분석용 디스크.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보강 리브는,
    상기 아우터 플레이트의 외면으로부터 돌출되어 상기 투입구와 연통되는 고리형상의 기둥부; 및
    상기 아우터 플레이트의 외면으로부터 돌출되고, 상기 기둥부의 둘레에 방사상 구조로 배치되는 복수의 연장부를 포함하는, 시료 분석용 디스크.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 아우터 커버는,
    상기 아우터 튜브의 단부에 배치되고, 초음파 융착 시 용해되면서 상기 아우터 커버와 상기 이너 커버를 접합시키도록 구성되는 결합 부재를 더 포함하는, 시료 분석용 디스크.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 결합 부재는, 제1 경사면과, 상기 제1 경사면에 대향 배치되는 제2 경사면을 가지는 쐐기 구조로 형성되는, 시료 분석용 디스크.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 이너 커버는,
    상기 아우터 커버의 내부에 수용되고, 상기 아우터 플레이트로부터 이격 배치되는 원판 형상의 이너 플레이트;
    상기 이너 플레이트의 둘레를 감싸도록 배치되고, 상기 아우터 커버의 내부에 수용되어 상기 아우터 튜브로부터 이격 배치되는 원통 형상의 이너 튜브; 및
    상기 이너 튜브의 단부에 배치되어 상기 아우터 튜브의 단부에 결합되고, 상기 아우터 커버와 상기 이너 커버를 이격 배치시키도록 구성되는 플랜지를 포함하는, 시료 분석용 디스크.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 이너 플레이트는,
    상기 투입구에 대향 배치되고, 오목한 홈을 형성하는 제1 부분; 및
    상기 제1 부분으로부터 연장되어 상기 유로를 형성하는 제2 부분을 포함하는, 시료 분석용 디스크.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 부분은,
    베이스부;
    상기 베이스부로부터 상기 투입구를 향하여 돌출 형성되는 돌출부; 및
    상기 디스크 조립체의 중심축에 대하여 경사지게 배치되고, 상기 베이스부와 상기 제2 부분을 연결하는 연결부를 포함하는, 시료 분석용 디스크.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 플랜지는,
    상기 아우터 튜브의 단부에 접하여 상기 이너 플레이트를 상기 아우터 플레이트로부터 이격 배치시키는 제1 지지부; 및
    상기 아우터 튜브의 내주면에 접하여 상기 이너 튜브를 상기 아우터 튜브로부터 이격 배치시키는 제2 지지부를 포함하는, 시료 분석용 디스크.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 플랜지는,
    상기 결합 부재에 대응되는 형상의 결합홈을 더 포함하는, 시료 분석용 디스크.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 리드는,
    상기 투입구에 압입되는 바디부;
    상기 바디부의 일 측에 배치되고, 상기 아우터 커버의 외면에 걸려 지지되는 제1 걸림부; 및
    상기 바디부의 타 측에 배치되고, 상기 아우터 커버의 내면에 걸려 지지되는 제2 걸림부를 포함하는, 시료 분석용 디스크.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로 웰은,
    상기 디스크 조립체의 내주면으로부터 10 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하의 깊이를 갖는, 시료 분석용 디스크.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로 웰은,
    상기 디스크 조립체의 내주면으로부터 함몰된 방향으로 1 도 이상 20 도 이하의 경사각을 갖는, 시료 분석용 디스크.
  18. 제17항에 있어서,
    하나의 마이크로 웰의 폭 대비, 상기 복수의 마이크로 웰의 중심간 거리의 상대비는 1:1.1 내지 1:2 인, 시료 분석용 디스크.
  19. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로 웰은,
    외주면에 상기 복수의 마이크로 웰에 대응되는 돌기 형상의 패턴이 형성되고, 상기 아우터 커버의 내부에 수용되어 상기 아우터 커버의 중심에 대하여 편심된 위치에 배치되며, 상기 아우터 커버의 내주면에 접촉된 상태로 회전되는 스탬핑 롤에 가압 및 가열되어 상기 아우터 커버에 일체로 형성되는, 시료 분석용 디스크.
  20. 몸체;
    상기 몸체 내부에 마련되어 상기 몸체 내부로 유입된 시료를 상기 몸체의 반경 방향 외측으로 안내하는 제1 유로;
    상기 제1 유로와 연통되며, 상기 제1 유로로부터 유입된 상기 시료를 상기 몸체의 축 방향으로 안내하는 제2 유로; 및
    상기 제2 유로를 형성하는 유로형성면에 일체로 형성되어 상기 제2 유로를 통과한 시료를 수용하는 웰을 가지는, 시료 분석용 디스크.
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