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KR20120116318A - Diagnostic cartridge and control method for diagnostic cartridge - Google Patents

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KR20120116318A
KR20120116318A KR1020110044217A KR20110044217A KR20120116318A KR 20120116318 A KR20120116318 A KR 20120116318A KR 1020110044217 A KR1020110044217 A KR 1020110044217A KR 20110044217 A KR20110044217 A KR 20110044217A KR 20120116318 A KR20120116318 A KR 20120116318A
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김지태
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엘지전자 주식회사
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Abstract

진단용 카트리지 및 진단용 카트리지 제어 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 진단용 카트리지는 샘플을 주입하기 위한 샘플 포트, 샘플 포트로부터 주입된 샘플을 이동시키는 제1 챔버, 기질 용액을 이동시키는 제2 챔버, 상기 제1 챔버의 말단에 위치하여, 샘플이 전부 이동한 후 상기 제1 챔버로의 유입을 방지하는 밸브 기능을 갖는 제1 멤브레인 및 상기 제2 챔버의 말단에 위치하여, 기질 용액이 전부 이동한 후 상기 제2 챔버로의 유입을 방지하는 밸브 기능을 갖는 제2 멤브레인을 포함한다. 이에 의하여, 샘플이나 시료를 채널로 전부 이동시킨 후 다시 액체의 유입을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 채널 내의 액체의 이동을 제어하기 위해서 물리적인 힘을 인가하여 채널 내에서 액체를 원하는 위치까지 수월하게 이동시킬 수 있다. 그리고, 단백질의 비특이적 흡착을 제거하거나 방지할 뿐만 아니라 진단용 카트리지에 포함된 채널에서 효율적으로 액체의 순차적 이송을 수행할 수 있게 된다.A diagnostic cartridge and a method for controlling the diagnostic cartridge are disclosed. The diagnostic cartridge according to the present invention includes a sample port for injecting a sample, a first chamber for moving a sample injected from the sample port, a second chamber for moving a substrate solution, and a sample at the end of the first chamber Located at the end of the first membrane and the second chamber having a valve function to prevent the inflow into the first chamber after the movement, the valve function to prevent the inflow into the second chamber after the substrate solution is completely moved It includes a second membrane having a. This not only prevents the inflow of the liquid again after the sample or the sample has been completely moved to the channel, but also applies a physical force to control the movement of the liquid in the channel to facilitate the liquid to the desired position in the channel. You can move it. In addition, the nonspecific adsorption of the protein may be eliminated or prevented, and the sequential transport of the liquid may be efficiently performed in the channel included in the diagnostic cartridge.

Description

진단용 카트리지 및 진단용 카트리지 제어 방법{DIAGNOSTIC CARTRIDGE AND CONTROL METHOD FOR DIAGNOSTIC CARTRIDGE}Diagnostic cartridges and diagnostic cartridge control methods {DIAGNOSTIC CARTRIDGE AND CONTROL METHOD FOR DIAGNOSTIC CARTRIDGE}

본 발명은 진단용 카트리지 및 진단용 카트리지 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밸브 기능을 갖는 멤브레인을 구비하는 진단용 카트리지에 있어서, 에어 세그먼트의 생성을 통한 워싱 기능을 제공하는 진단용 카트리지 및 진단용 카트리지 제어 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a diagnostic cartridge and a method for controlling a diagnostic cartridge, and more particularly, to a diagnostic cartridge including a membrane having a valve function, and a diagnostic cartridge and a diagnostic cartridge control method for providing a washing function through generation of an air segment. It is about.

과거에는 병원 의사의 진단을 요하는 검사를 받을 필요가 있는 경우에 일일이 병원을 찾았지만, 최근에는 간단한 진단 카트리지 하나만으로 손쉽게 어디서나 검사할 수 있게 되었다. 이러한 진단 카트리지에 대한 연구는 사용자의 불편함을 감소하고 정확성을 높이는 방향으로 활발히 진행되어 왔다.In the past, hospitals were visited in case of needing to be examined by a hospital doctor, but nowadays, a simple diagnostic cartridge can be easily tested anywhere. Research into such a diagnostic cartridge has been actively conducted in order to reduce user inconvenience and increase accuracy.

진단 카트리지는 측정 샘플과 시료의 혼합을 위한 다양한 구조가 개발되고 있다. 일반적으로 복수의 채널을 통해서 측정 샘플과 시료를 이동시켜 혼합한 후 그 반응을 사용자에게 표시하는 방식을 이용하게 된다. 이 경우 측정 샘플과 시료를 적정히 혼합시키기 위해서 측정 샘플과 시료의 이동을 효과적으로 제어하는 방법이 매우 중요하다.Diagnostic cartridges have been developed in a variety of structures for mixing samples with samples. In general, a method of moving a measurement sample and a sample through a plurality of channels, mixing the sample, and displaying the response to the user is used. In this case, it is very important to effectively control the movement of the sample and the sample in order to properly mix the sample and the sample.

특히, 채널의 크기가 매우 작고 샘플과 시료는 대부분 액체이기 때문에, 응집력 등과 같이 예상하지 못한 힘으로 인해 액체의 이동을 제어하는데 어려움이 있다. 측정 샘플과 시료의 이동이 역으로 흘러버리는 경우에는 검사가 제대로 이루어지지 않을 뿐만 아니라, 1회용 진단 카트리지의 경우에는 검사도 못한 채 폐기되는 경우도 있을 수 있다.In particular, since the size of the channel is very small and the samples and samples are mostly liquids, it is difficult to control the movement of liquids due to unexpected forces such as cohesion. If the measurement sample and the sample movement are reversed, the test may not be performed properly, and the disposable diagnostic cartridge may be discarded without the test.

상기 문제를 해결하기 위해서는 채널 내의 압력을 조절하여 해결하는 방안이 모색되어 왔지만, 카트리지 내의 채널 연결이 복잡하기 때문에 채널 내의 압력을 조절하는 것만으로는 문제를 완전히 해결할 수 없었다.In order to solve the above problem, a solution for adjusting the pressure in the channel has been sought. However, since the channel connection in the cartridge is complicated, simply adjusting the pressure in the channel cannot solve the problem completely.

또한, 복잡하게 연결된 채널 내에서 공기압으로 액체를 이동시키는 경우에도 액체를 원하는 위치까지 이동시키기 위해서는 공기압만으로는 부족하다는 문제점이 있었다. 이 경우, 진단용 카트리지의 크기에 따른 제한으로, 샘플과 시료와 같은 액체를 원하는 위치까지 이동시키기 위한 또 다른 에너지를 얻을 수 있는 별개의 장치를 구비하는 게 쉽지 않았다. In addition, even in the case of moving the liquid to the air pressure in the complex connected channel there is a problem that the air pressure alone is insufficient to move the liquid to the desired position. In this case, due to the limitation of the size of the diagnostic cartridge, it was not easy to have a separate device to obtain another energy for moving the sample and the liquid such as the sample to the desired position.

한편, 단백질 간의, 혹은 구조물의 벽면에 대한 단백질의 비특이적 흡착은 바이오 센서(biosensor)와 같은 분야에 있어서는 흔히 일어나는 현상이다. 일반적으로 마이크로 크기나 나노 크기와 같이 스케일(scale)이 작아질수록 면적대 체적에 대한 면적비가 높아지기 때문에 구조물의 벽면에서 비특이적 흡착이 일어날 확률이 상대적으로 높아진다.On the other hand, nonspecific adsorption of proteins between proteins or on the walls of structures is a common phenomenon in fields such as biosensors. In general, the smaller the scale, such as the micro size or the nano size, the higher the area-to-volume ratio, thus increasing the probability of nonspecific adsorption on the wall of the structure.

이러한 흡착을 줄이기 위하여 채널 벽면을 폴리머(polymer) 등으로 직접 블로킹하거나 다량의 코팅 에이전트(혹은 샘플 내 다량으로 존재하는 단백질)를 샘플과 함께 흘려줌으로써 간접적으로 상기 흡착을 줄이는 방식을 주로 사용해왔다.In order to reduce the adsorption, a method of reducing the adsorption indirectly has been mainly used by blocking the channel wall directly with a polymer or the like or by flowing a large amount of coating agent (or a large amount of protein in the sample) with the sample.

전기 화학 방식의 샌드위치 면역반응(sandwich immunoassay)을 측정하는 미세 유체 장치(칩 혹은 카트리지)에서 워싱 기능은 고감도 정량분석에 있어서 매우 중요하다. In microfluidic devices (chips or cartridges) measuring electrochemical sandwich immunoassays, the washing function is very important for high sensitivity quantitation.

특히, 효소 복합 항체의 전극 혹은 전극 주위의 채널 벽면에서 일어나는 비특이적 흡착은 백그라운드 신호(background signal)를 높이는 역할을 하기 때문에, 고감도 정량 분석을 방해하는 요소로 작용한다.In particular, the nonspecific adsorption of the enzyme complex antibody on the electrode or the channel wall around the electrode serves to increase the background signal, thereby acting as an obstacle to high sensitivity quantitative analysis.

종래의 면역 반응 프로토콜은 별도의 워싱 용액을 사용하여 비특이적 흡착을 줄이는 방식을 사용해 왔다. 하지만, 기존의 방식은 비교적 많은 양의 워시 버퍼(wash buffer)를 필요로 하며, 특히 현장 진단용 면역 검사 장비의 경우 기질 용액 외에 추가적으로 워시 버퍼의 장기 저장 및 이송을 구현해야하는 단점이 있었다.
Conventional immune response protocols have used a method of reducing nonspecific adsorption using separate washing solutions. However, the conventional method requires a relatively large amount of wash buffer, and in particular, in the case of an on-site diagnostic immunoassay device, there is a disadvantage of implementing long-term storage and transport of the wash buffer in addition to the substrate solution.

본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 샘플이나 시료를 채널로 전부 이동시킨 후 다시 액체의 유입을 방지할 수 있는 밸브 기능을 갖는 멤브레인을 구비하는 진단용 카트리지 및 진단용 카트리지 제어 방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a diagnostic cartridge and a diagnostic cartridge including a membrane having a valve function capable of preventing the inflow of liquid again after all the samples or samples are moved to the channel. The present invention provides a control method.

본 발명의 또 다른 목적은 채널 내의 액체의 이동을 제어하기 위해서 물리적인 힘을 인가할 수 있는 진단용 카트리지 및 진단용 카트리지 제어 방법을 제공함에 있다.Still another object of the present invention is to provide a diagnostic cartridge and a diagnostic cartridge control method capable of applying a physical force to control the movement of liquid in a channel.

한편, 본 발명의 목적은 단백질의 비특이적 흡착을 제거하거나 방지할 수 있는 진단용 카트리지 및 진단용 카트리지 제어 방법을 제공함에 있다.On the other hand, an object of the present invention is to provide a diagnostic cartridge and diagnostic cartridge control method capable of removing or preventing nonspecific adsorption of proteins.

또한, 본 발명의 목적은 진단용 카트리지에 포함된 채널에서 효율적으로 액체의 순차적 이송을 수행할 수 있는 진단용 카트리지 및 진단용 카트리지 제어 방법을 제공함에 있다.
It is also an object of the present invention to provide a diagnostic cartridge and a diagnostic cartridge control method capable of efficiently performing a sequential transfer of liquid in a channel included in the diagnostic cartridge.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지는 샘플을 주입하기 위한 샘플 포트; 샘플 포트로부터 주입된 샘플을 이동시키는 제1 챔버; 기질 용액을 이동시키는 제2 챔버; 상기 제1 챔버의 말단에 위치하여, 상기 샘플이 전부 이동한 후 상기 제1 챔버로 다른 물질이 유입되는 것을 방지하는 밸브 기능을 갖는 제1 멤브레인; 및 상기 제2 챔버의 말단에 위치하여, 상기 기질 용액이 전부 이동한 후 상기 제2 챔버로 다른 물질이 유입되는 것을 방지하는 밸브 기능을 갖는 제2 멤브레인;을 포함한다.Diagnostic cartridge according to an embodiment of the present invention for achieving the above object comprises a sample port for injecting a sample; A first chamber for moving the injected sample from the sample port; A second chamber for moving the substrate solution; A first membrane positioned at the distal end of the first chamber and having a valve function to prevent other substances from entering the first chamber after the sample is completely moved; And a second membrane positioned at the end of the second chamber and having a valve function to prevent other substances from flowing into the second chamber after the substrate solution has completely moved.

그리고, 상기 제1 멤브레인과 수직으로 연결되어 상기 제1 멤브레인으로부터 유입된 상기 샘플을 다시 이동시키기 위한 제1 채널; 및 상기 제2 멤브레인과 수직으로 연결되어 상기 제2 멤브레인으로부터 유입된 상기 기질 용액을 다시 이동시키기 위한 제2 채널; 및 상기 제1 채널 일단과 상기 제2 채널의 일부분이 연결되는 지점으로, 상기 샘플 및 상기 기질 용액을 혼합하는 T 정션;을 더 포함할 수 있다.And a first channel connected vertically with the first membrane to move the sample introduced from the first membrane again; And a second channel connected vertically with the second membrane to move the substrate solution introduced from the second membrane again; And a T junction at which one end of the first channel and a portion of the second channel are connected, to mix the sample and the substrate solution.

또한, 상기 제1 채널의 타단에 연결되어 상기 제1 채널에 공기압을 밀어넣는 압력 펌프;를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a pressure pump connected to the other end of the first channel to push air pressure into the first channel.

그리고, 상기 압력 펌프와 상기 제1 채널을 연결하거나 차단시키는 쓰리 웨이 밸브(3-way valve);를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a three-way valve connecting or disconnecting the pressure pump and the first channel.

또한, 상기 압력 펌프와 상기 제1 채널과의 사이에, 카트리지 내의 압력을 센싱하는 압력 센서;를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a pressure sensor configured to sense a pressure in the cartridge between the pressure pump and the first channel.

그리고, 상기 제2 챔버의 기질 용액을 상기 T 정션까지 이동시키기 위하여 물리적인 힘을 가하는 액츄에이터(actuator);를 더 포함할 수 있다.And, an actuator (actuator) for applying a physical force to move the substrate solution of the second chamber to the T junction may further include.

또한, 상기 제2 챔버는 내부압을 유지하기 위하여 외부의 공기압과 차단시키기 위한 테이프;를 구비하며, 상기 액츄에이터는 상기 테이프를 상기 제2 챔버의 내부 방향으로 밀기 위한 물리적인 힘을 가할 수 있다.In addition, the second chamber is provided with a tape for blocking the external air pressure in order to maintain the internal pressure, the actuator may apply a physical force for pushing the tape in the inner direction of the second chamber.

그리고, 상기 테이프는 상기 액츄에이터가 가하는 물리적인 힘이 기설정된 수치를 넘는 경우 파열될 수 있다.The tape may be ruptured when the physical force exerted by the actuator exceeds a predetermined value.

또한, 상기 제2 채널의 말단에 연결되어 반응이 끝난 용액을 수거하는 제3 챔버;를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a third chamber connected to the end of the second channel to collect the reaction solution.

그리고, 상기 제3 챔버는 상기 반응이 끝난 용액을 상기 제3 챔버에 포획하기 위한 흡수 패드;를 더 포함할 수 있다.The third chamber may further include an absorption pad for trapping the reaction solution in the third chamber.

또한, 상기 제3 챔버와 연결되며, 공기를 빨아들여 상기 제1 채널 또는 상기 제2 채널에 포함된 액체를 이동시키는 진공 펌프;를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a vacuum pump connected to the third chamber and sucking air to move the liquid contained in the first channel or the second channel.

그리고, 상기 진공 펌프와 상기 제3 챔버를 연결시키거나 차단시키기 위한 쓰리 웨이 밸브(3-way valve);를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a three-way valve for connecting or disconnecting the vacuum pump and the third chamber.

또한, 상기 진공 펌프와 상기 제3 챔버 사이에, 카트리지 내의 압력을 센싱하는 압력 센서;를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a pressure sensor configured to sense a pressure in the cartridge between the vacuum pump and the third chamber.

그리고, 상기 제1 채널 또는 상기 제2 채널에 연결되어 액체의 위치를 인식하거나, 전기 화학적으로 반응을 측정하기 위한 적어도 하나의 전극;을 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include at least one electrode connected to the first channel or the second channel to recognize a position of the liquid or to measure a reaction chemically.

또한, 상기 제1 멤브레인 및 상기 제2 멤브레인은 각각 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널과 서로 상이한 평면상에 위치할 수 있다.In addition, the first membrane and the second membrane may be located on different planes from the first channel and the second channel, respectively.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지의 제어 방법은, 샘플을 포함하는 제1 챔버로부터 공급된 샘플이 이동하기 위한 제1 채널; 기질 용액을 포함하는 제2 챔버로부터 공급된 기질 용액이 이동하기 위한 제2 채널; 상기 제1 채널의 일단이 상기 제2 채널의 일부분과 이어지는 T 정션; 상기 제1 채널의 타단에 연결되어 상기 제1 채널 내에 공기압을 밀어넣는 압력 펌프; 상기 제2 챔버와 연결되어 상기 기질 용액이 이동할 수 있도록 물리적인 힘을 가하거나 기압을 조절하기 위한 액츄에이터; 및 상기 제2 채널의 타단에 연결되어 상기 제1 채널 혹은 상기 제2 채널에 포함된 물질을 이동시키기 진공 펌프;를 구비하는 진단용 카트리지의 제어 방법에 있어서, 상기 진공 펌프가 공기를 빨아들여 상기 제1 채널에 포함된 샘플을 이동시키는 단계; 상기 샘플이 상기 제2 채널까지 이동한 이후 상기 액츄에이터가 물리적인 힘을 인가하여 상기 기질 용액을 상기 T 정션까지 이동시키는 단계; 및 상기 제2 채널에서 일어나는 반응 결과를 센싱하는 단계;를 포함한다.On the other hand, the control method of the diagnostic cartridge according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the first channel for moving the sample supplied from the first chamber containing a sample; A second channel through which the substrate solution supplied from the second chamber containing the substrate solution moves; A T junction at which one end of the first channel follows a portion of the second channel; A pressure pump connected to the other end of the first channel to push air pressure into the first channel; An actuator connected to the second chamber for applying a physical force or adjusting the air pressure to move the substrate solution; And a vacuum pump connected to the other end of the second channel to move the material contained in the first channel or the second channel. Moving a sample included in one channel; The actuator applying a physical force to move the substrate solution to the T junction after the sample has moved to the second channel; And sensing a reaction result occurring in the second channel.

그리고, 상기 액츄에이터가, 외부 공기와 차단하기 위하여 상기 제2 챔버의 일단에 부착된 테이프를 펀칭하는 단계; 상기 압력 펌프와 연결된 상기 제1 채널의 일단을 오픈시키는 단계; 및 상기 오픈시키는 단계 이후 상기 진공 펌프가 채널 내 공기를 빨아들여 채널 내에 에어 세그먼트를 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.And punching, by the actuator, a tape attached to one end of the second chamber to block external air; Opening one end of the first channel connected with the pressure pump; And after the opening step, the vacuum pump sucks air in the channel to form an air segment in the channel.

또한, 상기 에어 세그먼트를 형성하는 단계는, 상기 제1 채널로부터 유입된 공기와 상기 제2 챔버로부터 상기 제2 채널로 유입된 기질 용액을 이용하여, 상기 T 정션 상에서 형성시킬 수 있다.The forming of the air segment may be performed on the T junction by using the air introduced from the first channel and the substrate solution introduced into the second channel from the second chamber.

그리고, 상기 에어 세그먼트를 형성하는 단계는, 상기 진공 펌프의 동작을 조절하여 주기적이고 연속적으로 상기 에어 세그먼트를 형성할 수 있다.In the forming of the air segment, the operation of the vacuum pump may be controlled to form the air segment periodically and continuously.

또한, 상기 에어 세그먼트를 형성하는 단계는, 상기 진공 펌프의 압력과 상기 압력 펌프의 압력의 비를 조절함으로써, 상기 에어 세그먼트의 크기가 제어될 수 있다.In the forming of the air segment, the size of the air segment may be controlled by adjusting a ratio of the pressure of the vacuum pump and the pressure of the pressure pump.

그리고, 상기 형성된 에어 세그먼트를 이동시켜 상기 제2 채널에 흡착된 단백질을 세척하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The method may further include washing the protein adsorbed to the second channel by moving the formed air segment.

또한, 상기 세척 단계 이후, 다시 상기 압력 펌프와 연결된 상기 제1 채널의 일단 및 상기 엑츄에이터와 연결된 상기 제2 챔버의 일단을 연결하여, 다시 샘플 및 기질 용액을 이동시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
In addition, after the washing step, the method may further include connecting one end of the first channel connected with the pressure pump and one end of the second chamber connected with the actuator to move the sample and the substrate solution again. .

상기 본 발명의 구성에 따른 진단용 카트리지 및 진단용 카트리지 제어 방법에 의하면, 샘플이나 시료를 채널로 전부 이동시킨 후 다시 액체의 유입을 방지할 수 있게 된다. 또한, 채널 내의 액체의 이동을 제어하기 위해서 물리적인 힘을 인가하여 채널 내에서 액체를 원하는 위치까지 수월하게 이동시킬 수 있게 되어 효율적으로 반응이 일어날 수 있게 된다.According to the diagnostic cartridge and the diagnostic cartridge control method according to the configuration of the present invention, it is possible to prevent the inflow of liquid again after all the samples or samples are moved to the channel. In addition, in order to control the movement of the liquid in the channel it is possible to easily move the liquid to the desired position in the channel by applying a physical force so that the reaction can occur efficiently.

한편, 상기 본 발명의 구성에 따르면 단백질의 비특이적 흡착을 제거하거나 방지할 뿐만 아니라 진단용 카트리지에 포함된 채널에서 효율적으로 액체의 순차적 이송을 수행할 수 있게 된다.
On the other hand, according to the configuration of the present invention can not only remove or prevent the non-specific adsorption of the protein, it is also possible to efficiently perform the sequential transfer of the liquid in the channel included in the diagnostic cartridge.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지의 구성을 나타내는 도면,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지의 구동을 위한 시스템의 일 구성도,
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지에 있어서, 밸브 기능을 갖는 멤브레인의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지에 있어서, 쓰리 웨이 밸브(3-way valve)의 동작을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지의 일 구성인 액츄에이터의 구성을 나타내는 도면,
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지의 일 구성인 액츄에이터의 동작을 순서대로 나타내는 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지를 제어하기 위한 시스템의 구성을 나타내는 블록도,
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지의 프로세스를 순서대로 나타내는 도면,
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지 제어 방법을 설명하기 위한 도면,
도 10a 내지 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지 제어 방법에 있어서, 에어 세그먼트의 형성 방법을 설명하기 위한 도면, 그리고,
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.1A and 1B are views showing the configuration of a diagnostic cartridge according to an embodiment of the present invention;
2a and 2b is a configuration diagram of a system for driving a diagnostic cartridge according to an embodiment of the present invention,
3a to 3g are views for explaining the operation of the membrane having a valve function in the diagnostic cartridge according to an embodiment of the present invention,
4A to 4C are views illustrating the operation of a 3-way valve in the diagnostic cartridge according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing the configuration of an actuator which is one configuration of a diagnostic cartridge according to an embodiment of the present invention;
6a to 6d are views showing in sequence the operation of an actuator which is a configuration of a diagnostic cartridge according to an embodiment of the present invention;
7 is a block diagram showing a configuration of a system for controlling a diagnostic cartridge according to an embodiment of the present invention;
8A through 8D are views sequentially showing processes of a diagnostic cartridge according to an embodiment of the present invention;
9A to 9C are views for explaining a diagnostic cartridge control method according to an embodiment of the present invention;
10A to 10B are diagrams for explaining a method of forming an air segment in a diagnostic cartridge control method according to an embodiment of the present invention, and
11 and 12 are flowcharts illustrating a diagnostic cartridge control method according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1a는 카트리지를 위에서 바라본 평면도이며, 도 1b는 입체적으로 나타낸 입체도이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in more detail with respect to the present invention. 1A and 1B are views showing the configuration of a diagnostic cartridge according to an embodiment of the present invention. 1A is a plan view from above of the cartridge, and FIG. 1B is a three-dimensional view of the cartridge.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지는 샘플 포트(100), 제1 챔버(105), 제2 챔버(110), 제1 멤브레인(115), 제2 멤브레인(120), 제1 채널(125), 제2 채널(130), T 정션(135), 제3 챔버(140), 기압 포트(145, 150) 및 액츄에이터(160)를 포함한다.As illustrated in FIGS. 1A and 1B, a diagnostic cartridge according to an embodiment of the present invention may include a sample port 100, a first chamber 105, a second chamber 110, a first membrane 115, and a second cartridge. Membrane 120, first channel 125, second channel 130, T junction 135, third chamber 140, air pressure ports 145, 150, and actuator 160.

샘플 포트(100)는 측정의 대상이 되는 샘플을 주입받는 기능을 갖는다. The sample port 100 has a function of receiving a sample to be measured.

제1 챔버(105)는 샘플 포트(100)로부터 주입된 샘플을 제1 멤브레인으로 이송하는 기능을 갖는다. 구체적으로, 샘플 포트(100)에 주입된 샘플은 모세관력에 의하여 채널을 따라 제1 멤브레인(115)으로 이동한다. 제1 챔버(105)의 채널 벽면에는 효소 복합 항체(enzyme conjugated antibody)가 건조된 형태로 고정되어 있다. 따라서, 샘플 포트(100)로부터 주입된 샘플에 있는 타겟 항원(target antigen)은 벽면에 고정된 효소 복합 항체(enzyme conjugated antibody)와 반응하게 된다(reconstitution and first immunoreaction). 제작 공정의 호환성을 위해서 제1 챔버의 채널 부분은 별도 제작 및 freez-dry와 같은 고정화 작업을 한 다음 카트리지 조립 작업(cartridge assembly)시 결합되어도 좋다.The first chamber 105 has a function of transferring the sample injected from the sample port 100 to the first membrane. Specifically, the sample injected into the sample port 100 moves to the first membrane 115 along the channel by capillary force. An enzyme conjugated antibody is fixed to the channel wall of the first chamber 105 in a dried form. Therefore, the target antigen in the sample injected from the sample port 100 is reacted with an enzyme conjugated antibody fixed to the wall (reconstitution and first immunoreaction). For compatibility of the fabrication process, the channel portion of the first chamber may be separately fabricated and immobilized, such as freez-dry, and then joined during cartridge assembly.

제3 챔버(140)는 흡수 패드(absorbent pad)를 포함하고 있고, 흡수 패드의 두께는 제3 챔버(140)의 높이보다는 낮을 수 있다. 흡수 패드(aborbent pad)는 후술할 진공 펌프(190)에 의하여 이송된 액체를 제3 챔버(140)에 한정시키고 진공 펌프(190)로 유입되는 것을 막아주는 기능을 갖는다. 즉, 제3 챔버(140)는 진공 펌프(190)에 의하여 빨려 들어온 액체를 저장하는 기능을 갖는다.The third chamber 140 includes an absorbent pad, and the thickness of the absorbent pad may be lower than the height of the third chamber 140. Absorbent pad (aborbent pad) has a function to limit the liquid transferred by the vacuum pump 190 to be described later to the third chamber 140 and to prevent the flow into the vacuum pump 190. That is, the third chamber 140 has a function of storing the liquid sucked by the vacuum pump 190.

제2 챔버(110)는 기질 용액을 포함하고 있으며, 물리적인 힘 또는 공기압에 의하여 기질 용액을 제2 멤브레인(120)으로 이동시킨다.The second chamber 110 contains the substrate solution and moves the substrate solution to the second membrane 120 by physical force or air pressure.

제1 멤브레인(115)은 제1 챔버(105)의 출구, 즉 말단부에 위치하여, 샘플이 전부 이동한 후 제1 챔버(105)로의 유입을 방지하는 밸브 기능을 갖는다. 밸브 기능과 관련해서는 이하에서 상술하기로 하지만, 여기서 간략히 설명하면 샘플을 제1 채널(125)로 내보내기는 하지만, 다른 물질(예:공기)이 거꾸로 제1 채널(125)로부터 제1 챔버(105)로 들어올 수는 없게 하는 기능을 갖는다.The first membrane 115 is located at the outlet, ie, the distal end, of the first chamber 105 and has a valve function to prevent ingress into the first chamber 105 after the sample has moved completely. The valve function will be described in detail below, but briefly described herein, although the sample is exported to the first channel 125, other materials (eg, air) are inverted from the first channel 125 to the first chamber 105. It has a function to make it impossible to enter.

제2 멤브레인(120)은 제2 챔버(110)의 출구, 즉 말단부에 위치하여, 기질 용액이 이동한 후 제2 챔버(110)로의 유입을 방지하는 밸브 기능을 갖는다. 밸브 기능과 관련해서는 이하에서 상술하기로 하지만, 여기서 간략히 설명하면 기질 용액을 제2 채널(130)로 내보내기는 하지만, 다른 액체가 거꾸로 제2 채널(130)로부터 제2 챔버(110)로 들어올 수는 없게 하는 기능을 갖는다.The second membrane 120 is located at the outlet of the second chamber 110, that is, at the distal end thereof, and has a valve function to prevent inflow into the second chamber 110 after the substrate solution moves. The valve function will be described in detail below, but briefly described herein, although the substrate solution is exported to the second channel 130, other liquids can enter the second chamber 110 from the second channel 130 upside down. Has no function.

뿐만 아니라 제1 멤브레인(115)은 혈액 샘플 내 혈구를 분리하는데 사용될 수 있고, 건조 형태의 시약(reagent)을 고정하기 위한 서포트(support) 역할을 할 수 있다. 제2 멤브레인(120) 또한 건조 형태의 시약(reagent)을 고정하기 위한 서포트(support) 역할을 할 수 있다.In addition, the first membrane 115 may be used to separate blood cells in the blood sample, and may serve as a support for fixing a reagent in a dry form. The second membrane 120 may also serve as a support for fixing the dry reagent.

전극(170)은 진단용 카트리지의 동작을 제어하거나 반응을 센싱하는 기능을 갖는다. 구체적으로, 액체의 위치를 인식하기 위한 센싱 전극(sensing electrode), 전기화학 측정을 위한 카운터 전극(counter electrode), 참조 전극(reference electrode), 동작 전극(working electrode) 등이 있다. 동작 전극(working electrode)에는 타겟 항원(target antigen)과 특이적 반응을 위한 항체가 고정되어 있다. 멀티플렉스 면역분석(multiplexed immunoassay)을 수행하기 위해서 복수의 동작 전극(working electorde)를 둘 수 있고, immuno-reference electrode와 같은 이차 동작 전극(secondary working electrode)을 사용해서 백그라운드 신호(background signal)를 보정하는 목적으로 사용하는 것도 가능하다.The electrode 170 has a function of controlling the operation of the diagnostic cartridge or sensing a response. Specifically, there are a sensing electrode for recognizing a liquid position, a counter electrode for electrochemical measurement, a reference electrode, a working electrode, and the like. The working electrode is immobilized with an antibody for specific reaction with a target antigen. A plurality of working electrodes can be placed to perform multiplexed immunoassay, and the background signal can be corrected using a secondary working electrode such as an immuno-reference electrode. It is also possible to use for the purpose.

기압 포트(145, 150)는 각각 압력 펌프(180) 및 진공 펌프(190)와 연결된다.The air pressure ports 145 and 150 are connected to the pressure pump 180 and the vacuum pump 190, respectively.

압력 펌프(미도시)는 제1 채널(125)의 연장과 연결되며, 공기압을 조절하는 기능을 갖는다. 압력 펌프(미도시)의 구체적인 동작은 이하에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.A pressure pump (not shown) is connected with the extension of the first channel 125 and has a function of adjusting the air pressure. Specific operation of the pressure pump (not shown) will be described in more detail below.

진공 펌프(미도시)는 제3 챔버(140)와 연결되어 있으며, 채널 내의 물질(액체나 기체)을 빨아 들이는 기능을 갖는다. 진공 펌프(미도시)의 구체적인 동작 역시 이하에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.A vacuum pump (not shown) is connected to the third chamber 140 and has a function of sucking material (liquid or gas) in the channel. Specific operations of the vacuum pump (not shown) will also be described in more detail below.

액츄에이터(160)는 제2 챔버(110) 내의 물질을 물리적인 힘을 가하여 이동시키거나, 외부와 제2 챔버(110)내의 액체를 격리하고 있는 테이프를 펀칭하여 벤트(vent)시키는 기능을 갖는다. 액츄에이터(160)의 구체적인 동작 역시 도 2a를 참조하면서 더욱 상세히 설명하기로 한다.Actuator 160 has a function to move the material in the second chamber 110 by applying a physical force or to punch and vent the tape separating the liquid from the outside and the second chamber (110). Specific operations of the actuator 160 will also be described in more detail with reference to FIG. 2A.

T 정션(135)은 제1 채널(125)의 말단이 제2 채널(130)과 만나는 T자 형태의 채널을 말한다. 제1 채널(125)로부터 이동된 물질 및 제2 채널로(130)로부터 이동된 물질은 T 정션(135)에서부터 만나게 되며, 제1 채널(125)로부터 공기만이 이동되는 경우에는 제2 채널(130)로부터 이동되는 물질에 의하여 T 정션(135)에서 에어 세그먼트(air segment)를 형성하게 된다.The T junction 135 refers to a T-shaped channel where the end of the first channel 125 meets the second channel 130. The material moved from the first channel 125 and the material moved from the second channel 130 are met from the T junction 135, and if only air is moved from the first channel 125, the second channel ( The material moved from 130 forms an air segment at T junction 135.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지의 구동을 위한 시스템의 일 구성도이다.2A and 2B are diagrams illustrating a configuration of a system for driving a diagnostic cartridge according to an embodiment of the present invention.

도 2a에 도시된 바와 같이, 제1 멤브레인(115)을 지나 제1 채널(125)로 이동된 액체(샘플)은 진공 펌프(190)에 의하여 T 정션(135) 쪽으로 이동한다. 이때, 제2 챔버(110) 내의 다른 액체(기질 용액)는 테이프(160)에 의하여 외부와 차단되어 있기 때문에, 압력에 의하여 제2 채널(130)로의 방출이 제어된다. 즉, 액츄에이터(160)와 테이프(162)의 구성은, 일단 용액의 이동을 제안하다가 적절한 시기에 이동을 허용하는 원-샷 밸브(one-shot valve)의 기능을 한다. As shown in FIG. 2A, the liquid (sample) moved through the first membrane 115 to the first channel 125 is moved toward the T junction 135 by the vacuum pump 190. At this time, since the other liquid (substrate solution) in the second chamber 110 is blocked from the outside by the tape 160, the discharge to the second channel 130 is controlled by the pressure. In other words, the configuration of the actuator 160 and the tape 162 functions as a one-shot valve that allows the movement of the solution once the movement is proposed at the appropriate time.

압력 펌프(180)는 제1 채널(125)의 연장과 연결되어 있으며, 연장선상에 압력 센서(184) 및 쓰리 웨이 밸브(3-way valve)(182)가 구비된다. 진공 펌프(190)는 제3 챔버(140)의 연장과 연결되어 있으며, 연장선상에 압력 센서(194) 및 쓰리 웨이 밸브(3-way valve)(192)가 구비된다.The pressure pump 180 is connected to the extension of the first channel 125, and is provided with a pressure sensor 184 and a three-way valve 182 on the extension line. The vacuum pump 190 is connected to the extension of the third chamber 140, and the pressure sensor 194 and the three-way valve 192 are provided on the extension line.

압력 센서(184,194)에서 측정된 카트리지의 내부 압력은 압력 펌프(180)나 진공 펌프(190)의 구동시 피드백 시그널로 작용한다. 즉, 카트리지의 내부 압력에 따라서 압력 펌프(180)나 진공 펌프(190)의 동작을 제어하여 액체의 이동을 조절하게 된다. 쓰리 웨이 밸브(182, 192)는 펌프로부터 압력을 전달하거나(in-line mode), 카트리지 내 축적된 압력을 소진시키는(vent mode) 기능을 갖는다. 쓰리 웨이 밸브(182,192)의 동작과 관련해서는 도 4a 내지 도 4c를 참조하면서 더욱 상세히 설명하기로 한다. The internal pressure of the cartridge measured by the pressure sensors 184 and 194 acts as a feedback signal when the pressure pump 180 or the vacuum pump 190 is driven. That is, the movement of the liquid is controlled by controlling the operation of the pressure pump 180 or the vacuum pump 190 according to the internal pressure of the cartridge. The three way valves 182 and 192 have a function of transferring pressure from the pump (in-line mode) or venting the accumulated pressure in the cartridge. Operation of the three way valves 182 and 192 will be described in more detail with reference to FIGS. 4A to 4C.

진공 펌프(190)는 주로 액체의 이송을 담당하고, 압력 펌프(180)는 카트리지 내에 존재하는 채널들의 압력을 제어하는데 주로 사용된다. The vacuum pump 190 is primarily responsible for the transfer of liquids, and the pressure pump 180 is mainly used to control the pressure of the channels present in the cartridge.

액츄에이터(160)는 테이프(162)를 펀칭하여 기질(substrate) 용액을 T 정션(135)으로 방출하는 역할을 한다.Actuator 160 serves to punch the tape 162 to release the substrate solution to the T junction 135.

도 2b는 상기 도 2a와 관련된 설명의 이해를 돕기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지의 단면도를 나타낸 것이다.Figure 2b is a cross-sectional view of the diagnostic cartridge according to an embodiment of the present invention, in order to facilitate understanding of the description associated with Figure 2a.

도 2b에 도시된 바와 같이, 카트리지에 구비된 구성은 복수의 레벨을 갖는다. 도 2b에서는 총 7개의 레벨을 갖는 높이로 설정되어 있지만, 이와 달리 더 적은 수의 레벨이나 더 많은 수의 레벨을 가질 수 있음은 물론이다.As shown in Fig. 2B, the configuration provided in the cartridge has a plurality of levels. In FIG. 2B, the height is set to have a total of seven levels, but of course, there may be fewer or more levels.

특히, 도 2b는 제2 챔버(110)에 포함된 기질 용액이 이동하는 경로의 단면도를 나타내지만, 제1 챔버(105)에 포함된 샘플의 이동 경로 역시 도 2b와 같이 복수의 레벨로 설정될 수 있음은 물론이다.In particular, although FIG. 2B illustrates a cross-sectional view of a path through which the substrate solution included in the second chamber 110 moves, the movement path of the sample included in the first chamber 105 may also be set to a plurality of levels as shown in FIG. 2B. Of course it can.

도 2b에 도시된 바와 같이, 진공 펌프(190)에 의하여 공기를 빨아들이면, 기질 용액은 제2 멤브레인(120)을 거쳐서 제3 챔버(140)까지 이동하게 된다. 제3 챔버(140)에는 흡수 패드가 있어서, 제3 챔버(140)로 흘러온 물질을 포획하는 기능을 갖는다. 특히, 기질 용액의 일면은 테이프(162)에 의하여 외부와 차단되어 있고, 이는 액츄에이터(160)에 동작에 의하여 펀칭될 수 있음은 위에서 설명한 바와 같다.As shown in FIG. 2B, when the air is sucked in by the vacuum pump 190, the substrate solution moves through the second membrane 120 to the third chamber 140. The third chamber 140 has an absorbent pad, and has a function of capturing a substance flowing into the third chamber 140. In particular, one side of the substrate solution is blocked from the outside by the tape 162, as described above can be punched by operation to the actuator 160.

이렇게 복수의 레벨 구조를 갖는 카트리지의 경우, 제2 멤브레인(120)에 의한 밸브 기능으로 용액의 역류를 방지할 수도 있지만, 높이 차에 의하여 용액의 역류가 방지할 수 있게 된다. 또한, 제3 챔버(140)로 흘러온 용액은 흡수 패드에 의하여 포획될 수 있지만, 도 2b에 도시된 바와 같이 제2 채널(130)과의 높이차에 의하여 용액이 거꾸로 흐르는 것을 방지할 수 있게 된다.In the case of the cartridge having a plurality of level structures as described above, the backflow of the solution may be prevented by the valve function of the second membrane 120, but the backflow of the solution may be prevented by the height difference. In addition, the solution flowing into the third chamber 140 may be captured by the absorption pad, but as shown in FIG. 2B, the solution may be prevented from flowing backward by the height difference with the second channel 130. .

도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지에 있어서, 밸브 기능을 갖는 멤브레인의 동작을 설명하기 위한 도면이다.3A to 3G are diagrams for explaining the operation of the membrane having a valve function in the diagnostic cartridge according to an embodiment of the present invention.

도 3a 및 도 3b에 도시된 멤브레인의 입체 구조는 제1 멤브레인(115) 및 제2 멤브레인(120) 모두에 적용될 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이 진공 펌프(190) 또는 압력 펌프(180)의 힘에 의하여 샘플 혹은 용액은 멤브레인(115,120)을 거쳐서, 채널(125,130)로 이동한다. 멤브레인(115,120)은 섬유질이나 고분자 막으로 구성될 수 있다. 챔버(105,110)로부터 유입된 용액이 멤브레인(115,120)을 지나 채널(125,130)로 흐르는 경우에는 끊김 없이 흐름이 이어질 수 있지만, 챔버(105,110)로부터 용액이 모두 소진되는 경우에 있어서는 멤브레인(115,120)의 성질상 용액이 멤브레인(115,120)에 포획되어 더 이상 채널(125,130)로 흐를 수 없게 된다. 이때 압력 펌프(180)가 압력을 가해 용액을 멤브레인(115,120)으로부터 분리시킨다.The three-dimensional structure of the membrane shown in FIGS. 3A and 3B can be applied to both the first membrane 115 and the second membrane 120. As shown in FIG. 3A, the sample or solution moves through the membranes 115 and 120 to the channels 125 and 130 by the force of the vacuum pump 190 or the pressure pump 180. The membranes 115 and 120 may be composed of fibrous or polymeric membranes. When the solution flowing from the chambers 105 and 110 flows through the membranes 115 and 120 into the channels 125 and 130, the flow can be continued without interruption. The phase solution is trapped in the membranes 115 and 120 and can no longer flow into the channels 125 and 130. At this time, the pressure pump 180 applies pressure to separate the solution from the membranes 115 and 120.

이때 멤브레인(115,120)에 포획되어 고정된 액체는 채널(125,130) 내 물질 (공기)이 멤브레인 (115, 120) 밖으로 유출되는 것을 막는 기능을 갖는다. 즉, 도 3b에 도시된 바와 같이 다른 액체 혹은 공기는 채널(125,130)을 따라서 흐를 수 있을 뿐, 액체와 멤브레인(115,120)으로 막혀있는 쪽으로는 흐를 수 없게 된다. 다시 말해 다른 액체 혹은 공기가 멤브레인(115,120)을 거쳐 제1 챔버(105)로 흐를 수 없게 되어, 밸브의 기능을 하게 된다.At this time, the liquid trapped and fixed in the membranes 115 and 120 has a function of preventing the material (air) in the channels 125 and 130 from flowing out of the membranes 115 and 120. That is, as shown in FIG. 3B, other liquids or air may flow along the channels 125 and 130, but may not flow toward the blockage of the liquid and the membranes 115 and 120. In other words, no other liquid or air can flow through the membranes 115 and 120 into the first chamber 105, thereby functioning as a valve.

이해의 편의를 위하여 도 3c 및 도 3d의 평면도를 참조하면서 밸브 기능을 갖는 멤브레인(115,120)에 대하여 다시 설명한다. 도 3c 및 도 3d에서는 설명의 편의를 위하여 채널(125,130)의 방향을 90도 비틀어서 도시하였다. For convenience of explanation, the membranes 115 and 120 having valve functions will be described again with reference to the plan views of FIGS. 3C and 3D. 3C and 3D, the directions of the channels 125 and 130 are twisted by 90 degrees for convenience of description.

도 3c와 같이 멤브레인(115,120)을 거치는 용액(샘플 혹은 기질 용액)은 진공 펌프(190) 혹은 압력 펌프(180)가 인가하는 힘에 의하여 채널(125,130) 쪽으로 빠져나간다. 이렇게 계속적으로 용액이 빠져나가다가 용액이 모두 소진되는 경우, 압력 펌프(180)가 압력을 가해 용액을 멤브레인(115,120)으로부터 분리시킨다. As shown in FIG. 3C, the solution (sample or substrate solution) passing through the membranes 115 and 120 exits toward the channels 125 and 130 by a force applied by the vacuum pump 190 or the pressure pump 180. When the solution is continuously drawn out and the solution is exhausted, the pressure pump 180 applies pressure to separate the solution from the membranes 115 and 120.

용액은 멤브레인(115,120)의 성질이나 응집력, 표면장력 등을 이유로 멤브레인(115,120)에 포획되기 때문에 도 3d에서와 같이 채널(125,130)에는 공기만이 빠져나가고 멤브레인(115,120)으로 통하는 채널은 막혀있게 된다.Since the solution is trapped by the membranes 115 and 120 due to the properties, cohesion, and surface tension of the membranes 115 and 120, only air escapes through the channels 125 and 130 and the channels through the membranes 115 and 120 are blocked as shown in FIG. 3D. .

이와 같은 기능에 의하여 멤브레인(115,120)은 밸브 기능을 갖는다고 할 수 있다. 이러한 밸브 기능을 갖는 멤브레인(115,120)은 혈액 샘플 내의 혈구를 분리하는데 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 건조 형태의 시약(reagent)을 고정하기 위한 서포트(support) 역할까지 할 수 있다.By such a function, the membranes 115 and 120 may have a valve function. The membranes 115 and 120 having such a valve function can be used to separate blood cells in a blood sample, and can also serve as a support for fixing a dry reagent.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 기능을 갖는 멤브레인의 구성은 도 3e 내지 도 3g와 같은 형태로 구현될 수 있다.On the other hand, the configuration of the membrane having a valve function according to an embodiment of the present invention can be implemented in the form as shown in Figures 3e to 3g.

도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 기능을 갖는 멤브레인의 단면도를 나타낸다. 도 3e에 도시된 바와 같이 제1 멤브레인(115)은 도 3c와는 달리 제1 챔버(105)와 동일한 레벨의 높이에 형성될 수 있다. 다만, 그 기능과 관련해서는 상술한 바와 동일하다.3E illustrates a cross-sectional view of a membrane with valve function in accordance with one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3E, the first membrane 115 may be formed at the same level as the first chamber 105 unlike in FIG. 3C. However, the function is the same as described above.

도 3f는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 밸브 기능을 갖는 멤브레인의 단면도를 나타낸다. 즉, 제1 채널(125)과 연결되기 위하여 벤트되는 부분에 제1 멤브레인(115)이 형성될 수 있다.3F illustrates a cross-sectional view of a membrane having a valve function according to another embodiment of the present invention. That is, the first membrane 115 may be formed at a portion vented to be connected to the first channel 125.

한편, 도 3g는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 밸브 기능을 갖는 멤브레인의 단면도를 나타낸다. 도 3e 및 도 3f와 달리, 도 3g는 옆에서 본 단면도가 아닌 위에서 본 단면도이다. 즉, 제1 멤브레인(115)은 도 3f와 같이 제1 챔버(105)로부터 제1 채널(125)로 연결되기 위해서 벤트되는 부분에 형성될 수 있지만, 제1 멤브레인(115)의 높이와 제1 채널(125)의 높이가 동일한 경우도 상정할 수 있다.On the other hand, Figure 3g shows a cross-sectional view of a membrane having a valve function according to another embodiment of the present invention. Unlike FIG. 3E and FIG. 3F, FIG. 3G is a sectional view from above rather than a lateral view. That is, the first membrane 115 may be formed at a portion vented to be connected to the first channel 125 from the first chamber 105 as shown in FIG. 3F, but the height of the first membrane 115 and the first membrane 115 may be formed. It may also be assumed that the heights of the channels 125 are the same.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 밸브 기능을 갖는 멤브레인은 상기 도 3a 내지 도 3g에 도시된 멤브레인의 구성에 한정되지 않고, 동일한 기능을 갖는다면 상기 구성 이외에도 다양한 방법으로 구현될 수 있음은 당업자에 자명하다.The membrane having a valve function according to another embodiment of the present invention is not limited to the configuration of the membrane shown in Figs. 3a to 3g, it can be implemented in various ways in addition to the configuration as long as it has the same function Self-explanatory

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지에 있어서, 쓰리 웨이 밸브(3-way valve)의 동작을 나타내는 도면이다. 4A to 4C are diagrams illustrating the operation of a 3-way valve in a diagnostic cartridge according to an embodiment of the present invention.

도 4a는 아무런 동작이 없는 경우의, 쓰리 웨이 밸브(3-way valve)(182)의 구성을 보여준다. 도시된 바와 같이 쓰리 웨이 밸브(3-way valve)(182)는 외부, 펌프(180), 채널(125) 방향으로 통하는 세 갈래의 통로가 있다.4A shows the configuration of a three-way valve 182 when there is no operation. As shown, the three-way valve 182 has a three-way passage leading to the exterior, pump 180, channel 125 direction.

도 4b는 쓰리 웨이 밸브(3-way valve)(182)가 채널(125)과 펌프로 향하는 펌프(180) 간의 이동만 가능케 하고 외부로의 이동은 차단하는 구성이다. 즉, 쓰리 웨이 밸브(3-way valve)(182)에서 외부로 통하는 길을 차단하여 채널(125)과 펌프(180) 간에만 공기 또는 액체가 이동할 수 있게 된다.4B is a configuration in which a three-way valve 182 allows only movement between the channel 125 and the pump 180 toward the pump and blocks movement to the outside. That is, the three-way valve 182 blocks the path to the outside, so that air or liquid can move only between the channel 125 and the pump 180.

도 4c는 쓰리 웨이 밸브(3-way valve)(182)가 채널(125)과 외부 간의 이동만 가능케 하고, 펌프(180)로의 이동은 차단하는 구성이다. 즉, 쓰리 웨이 밸브(3-way valve)(182)에서 펌프(180)로의 이동은 차단하여, 외부 공기만이 채널(125)로 출입할 수 있게 된다.4C is a configuration in which a three-way valve 182 allows only movement between the channel 125 and the outside, and blocks movement to the pump 180. That is, the movement of the three-way valve 182 to the pump 180 is blocked, so that only the outside air can enter and exit the channel 125.

도 4a 내지 도 4c와 같은 쓰리 웨이 밸브(3-way valve)(182)의 구성을 통하여 공기를 주입하거나 빨아들이는 동작, 액체를 이동시키는 동작 등을 제어할 수 있게 된다.It is possible to control the operation of injecting or sucking air, moving the liquid, and the like through the configuration of the 3-way valve 182 as shown in FIGS. 4A to 4C.

한펴, 도 4a 내지 도 4c의 쓰리 웨이 밸브는 제3 챔버(140)와 진공 펌프(190) 사이에 존재하는 쓰리 웨이 밸브(192)에도 그대로 적용된다.4A to 4C are also applied to the three-way valve 192 existing between the third chamber 140 and the vacuum pump 190.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지의 일 구성인 액츄에이터의 구성을 나타내는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이 제2 챔버(110)의 일단은 테이프(162) 혹은 flexible 멤브레인으로 덮여 있어서 외부와 차단되어 있다. 테이프(162)는 천공가능한 물질로 이루어져 있으며, 제2 챔버(110)의 일단을 외부와 막아 공기의 흐름을 차단하는 기능을 갖는다. 5 is a view showing the configuration of an actuator that is one configuration of a diagnostic cartridge according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, one end of the second chamber 110 is covered with a tape 162 or a flexible membrane to be blocked from the outside. The tape 162 is made of a perforated material and has a function of blocking one end of the second chamber 110 from the outside to block the flow of air.

액츄에이터(160)는 상하로 이동이 가능하며 한쪽 끝이 뾰족하여 제2 챔버(110)의 일단을 막고 있는 테이프(162)를 파열시킬 수 있다. 다만, 테이프(162)가 파열되기 전까지는 테이프(162)를 안으로 밀기 때문에 물리적인 힘을 제2 챔버(110) 내의 용액에 전달할 수 있게 된다. 여기서, 테이프(162)는 다양한 강도를 갖는 형태로 제작될 수 있다. 그리고, 기설정된 강도를 갖는 테이프(162)에 따라서, 액츄에이터(160)가 테이프(162)를 파열하는 시간이나 파열 형태도 바뀔 수 있다. The actuator 160 may be moved up and down and may have one end pointed to rupture the tape 162 blocking one end of the second chamber 110. However, since the tape 162 is pushed in until the tape 162 is ruptured, the physical force can be transmitted to the solution in the second chamber 110. Here, the tape 162 may be manufactured in a form having various strengths. In addition, depending on the tape 162 having a predetermined strength, the time or the rupture pattern of the actuator 160 to rupture the tape 162 may be changed.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지의 일 구성인 액츄에이터의 동작을 순서대로 나타내는 도면이다.6A through 6D are diagrams sequentially illustrating operations of an actuator which is one component of a diagnostic cartridge according to an embodiment of the present invention.

도 6a와 같이 제2 챔버(110)로 통하는 공기 채널의 일단은 테이프(162)로 막혀있다. 따라서, 채널 내부의 공기는 외부와 차단되어 있는 상태이다. 액츄에이터(160)는 아래로 이동하여 도 6b와 같이 테이프(162)에 힘을 가하게 되며, 테이프(162)는 액츄에이터(160)가 가한 힘에 따라 아래로 구부러지게 된다. 이러한 물리적인 힘에 의하여 채널 내의 공기는 이동하게 되며, 결국 제2 챔버(110) 내의 용액을 밀게 된다. 더욱 상세하게는, 제2 챔버(110)내의 용액이 T 정션(135)까지 밀리게 되어 반응을 촉진하게 된다.As shown in FIG. 6A, one end of the air channel leading to the second chamber 110 is blocked by the tape 162. Therefore, the air inside the channel is blocked from the outside. The actuator 160 moves downward to apply a force to the tape 162 as shown in FIG. 6B, and the tape 162 is bent downward according to the force applied by the actuator 160. This physical force causes the air in the channel to move, eventually pushing the solution in the second chamber 110. More specifically, the solution in the second chamber 110 is pushed to the T junction 135 to promote the reaction.

이후 액츄에이터(160)가 더욱 아래로 이동하여 도 6c 및 도 6d와 같이 테이프(162)가 파열되는 경우, 채널은 외부와 연결되어 공기가 이동할 수 있게 된다. Then, when the actuator 160 moves further down and the tape 162 ruptures as shown in FIGS. 6C and 6D, the channel is connected to the outside to allow air to move.

도 6a에서와 같이 채널의 일단이 테이프로 막혀 있는 경우에는, 진공 펌프(190)가 공기를 빨아들여도 제2 챔버(110) 내의 기질 용액은 채널 내부의 압력 때문에 이동하지 않았다. 하지만, 액츄에이터(160)의 물리적인 힘으로 제2 챔버(110) 내의 기질 용액이 이동한 후 테이프(162)가 파열되면, 일단이 외부로 뚫려 있기 때문에 진공 펌프(190)의 힘으로 기질 용액은 이동할 수 있게 된다. 즉, 액츄에이터(160)가 가하는 물리적인 힘이 테이프(162)에 기설정된 강도, 즉 테이프(162)가 가지고 있는 고유의 강도를 넘는 경우 테이프(162)는 파열되어 기질 용액이 이동가능하게 된다.When one end of the channel is taped as shown in FIG. 6A, even when the vacuum pump 190 sucks air, the substrate solution in the second chamber 110 does not move due to the pressure inside the channel. However, if the tape 162 ruptures after the substrate solution in the second chamber 110 moves by the physical force of the actuator 160, the substrate solution may be removed by the force of the vacuum pump 190 because one end of the substrate ruptures. You can move. That is, when the physical force exerted by the actuator 160 exceeds the predetermined strength of the tape 162, that is, the inherent strength of the tape 162, the tape 162 is ruptured, and the substrate solution is movable.

따라서, 액츄에이터(160)와 테이프(162)는 원 샷 밸브(one-shot valve) 기능, 즉 처음에는 이동을 차단하는 기능을 갖다가 파열 이후에는 이동을 허용하는 기능을 갖게 된다. Accordingly, the actuator 160 and the tape 162 have a one-shot valve function, that is, a function of blocking movement at first, and then allowing movement after the rupture.

더욱 구체적으로 원 샷 밸브는 제1 챔버(105)로부터 제1 채널(125)을 거쳐 이동된 샘플이 T 정션에 올때까지는 기질 용액을 잡아두다가, 샘플이 T 정션(135)에 도달한 이 후, 기질 용액은 액츄에이터(160)가 인가하는 물리적인 힘에 의하여 T 정션(135)으로 이동한다. 다음 액츄에이터(160)가 테이프(162)를 파열한 이후 부터는 진공 펌프(190)의 힘에 의하여 기질 용액이 전극(170) 쪽으로 이동한다. 이렇게 방출된 기질 용액은 효소 반응(enzymatic reaction)이나 에어 세그먼트의 생성에 의한 워싱(washing)에 이용된다.More specifically, the one shot valve holds the substrate solution until the sample moved from the first chamber 105 through the first channel 125 to the T junction, and then after the sample reaches the T junction 135. The substrate solution is transferred to the T junction 135 by the physical force applied by the actuator 160. After the next actuator 160 ruptures the tape 162, the substrate solution moves toward the electrode 170 by the force of the vacuum pump 190. The substrate solution thus released is used for washing by enzymatic reaction or generation of air segments.

상기 설명에서 액츄에이터(160)는 콘 모양의 핀을 구비하여 테이프(162)를 파열할 수도 있고, 이와 다른 어떠한 모양으로라도 테이프(162)를 파열시킬 수 있는 것이라면 무방하다. 또한, 테이프(162)와 제2 챔버(110) 사이에는 공기를 포함하는 채널이 구비되어, 상술한 기능을 구현하는데 이용될 수 있다. In the above description, the actuator 160 may be provided with a cone-shaped pin to rupture the tape 162, or any other shape may be used to rupture the tape 162. In addition, a channel including air is provided between the tape 162 and the second chamber 110 to be used to implement the above-described function.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지를 제어하기 위한 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 7을 참조하면서 진단용 카트리지 외부에 더 부가되어 진단용 카트리지가 동작하는데 이용될 수 있는 구성들과 그 구성들의 기능을 살펴보기로 한다.7 is a block diagram showing the configuration of a system for controlling a diagnostic cartridge according to an embodiment of the present invention. With reference to FIG. 7, the components that can be added to the exterior of the diagnostic cartridge and used to operate the diagnostic cartridge and the functions of the components will be described.

본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지(300)는 전기 화학 검출 방식을 사용할 수 있다. 전기화학측정부(302)는 전기화학적 반응을 측정하기 위한 구성이며, 전기화학검출부(304)는 전기화학측정부(302)의 측정 결과를 신호처리하는 기능을 갖는다. Diagnostic cartridge 300 according to an embodiment of the present invention may use an electrochemical detection method. The electrochemical measurement unit 302 is a configuration for measuring the electrochemical reaction, the electrochemical detection unit 304 has a function of signal processing the measurement results of the electrochemical measurement unit 302.

용액의 위치 검출을 위한 위치 센서(306) 및 위치에 대한 신호처리를 수행하는 위치센서 검출부(308)가 구비된다.A position sensor 306 for detecting the position of the solution and a position sensor detector 308 for performing signal processing on the position are provided.

또한, 기질 용액의 이송을 수행하기 위한 구성으로 선형 모터(310)와 선형 코터 구동부(318)를 구비하며, 용액의 이송을 위한 펌핑 작용과 관련한 펌프 구동부(326) 및 이를 제어하기 위한 펌프 제어부(330)가 있고, 펌프 구동부는 압력 펌프(322)와 진공 펌프(324)를 구동시킨다. 구동 시의 압력 변화를 모니터링 하기 위한 압력 센서(320,328)가 구비된다.In addition, the configuration for performing the transfer of the substrate solution is provided with a linear motor 310 and the linear coater drive unit 318, the pump drive unit 326 associated with the pumping action for the transfer of the solution and the pump control unit for controlling the ( 330, the pump drive drives the pressure pump 322 and the vacuum pump 324. Pressure sensors 320 and 328 are provided for monitoring the pressure change during driving.

마지막으로 효소 반응시에는 온도가 크게 영향을 미치게 되므로, 적정온도(예:37℃)를 유지하기 위한 히터(334)와 이를 구동시키기 위한 히터 구동부(332)를 구비하며, 그 동작과 관련하여 온도를 센싱하는 온도 센서(314)와 센싱된 온도를 신호처리하는 온도 센싱 검출부(316)를 구비한다.Finally, since the temperature greatly affects the enzymatic reaction, a heater 334 for maintaining a proper temperature (for example, 37 ° C.) and a heater driving part 332 for driving the same are provided. And a temperature sensor 314 for signal sensing and a temperature sensing detector 316 for signal-processing the sensed temperature.

이러한 기능들의 제어를 위한 메인 제어부(318) 및 측정 결과를 표시하는 디스플레이부(336)를 포함할 수 있다.It may include a main control unit 318 for controlling these functions and a display unit 336 for displaying the measurement results.

도 7의 도시된 시스템의 구성은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지(300)의 기능을 최적화하기 위한 구성일 뿐이며, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지(300)의 기능을 도모할 수 있는 구성이라면 도 7에 도시된 구성 중 일부가 삭제되어도 무방하며, 도 7에 도시되지 않은 구성이 부가되어도 무방하다.The configuration of the system shown in FIG. 7 is merely a configuration for optimizing the function of the diagnostic cartridge 300 according to an embodiment of the present invention, and can promote the function of the diagnostic cartridge 300 according to an embodiment of the present invention. As long as the configuration can be removed, some of the components shown in FIG. 7 may be deleted, and components not shown in FIG. 7 may be added.

도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지의 프로세스를 순서대로 나타내는 도면이다.8A to 8D are diagrams sequentially showing processes of a diagnostic cartridge according to an embodiment of the present invention.

도 8a에 도시된 바와 같이, 샘플 용액이 샘플 포트(160)에 주입되면, 모세관력으로 인해 제1 챔버(105)의 채널을 따라 제1 멤브레인(115)까지 이송된다. 이때 제1 면역 반응(1st immunoreaction)이 일어난다. 즉, 제1 챔버(105)의 채널 벽면에 고정된 효소 복합 항체(enzyme conjugated antibody)는 샘플에 존재하는 타겟 항원(target antigen)과 반응한다.As shown in FIG. 8A, when a sample solution is injected into the sample port 160, capillary force is transferred along the channel of the first chamber 105 to the first membrane 115. At this time, a first immunoreaction occurs. That is, an enzyme conjugated antibody immobilized on the channel wall of the first chamber 105 reacts with a target antigen present in the sample.

도 8b에 도시된 바와 같이, 기압 포트(150)에 연결된 진공 펌프(190)의 구동으로 제1 멤브레인(115)에 있는 샘플은 제1 채널(125)을 따라서 전극을 지나 제3 챔버(140)까지 이송된다. 이때, 항원-효소 복합체(antigen-enzyme conjugated antibody complex)는 전극에 고정된 제2 항원(혹은 캡쳐 항원)과 반응하게 되어 제2 면역 반응(2nd immunoreaction)을 일으킨다. 샘플 이송시 진공 펌프(190)의 동작을 조절함으로써 진공 압력을 제어하여, 샘플 용액의 유속을 일정하게 유지할 수 있다.As shown in FIG. 8B, the sample in the first membrane 115 is driven by the vacuum pump 190 connected to the air pressure port 150 and passes through the electrode along the first channel 125 to the third chamber 140. Are transported until. At this time, the antigen-enzyme conjugated antibody complex reacts with the second antigen (or capture antigen) immobilized on the electrode, resulting in a second immune response. By controlling the operation of the vacuum pump 190 during sample transport, the vacuum pressure can be controlled to maintain a constant flow rate of the sample solution.

샘플이 제1 챔버(105)로부터 거의 유출된 경우, 기압 포트(145)에 연결된 압력 펌프(180)에서 가해진 압력은 샘플을 제1 멤브레인(115)으로 분리시킨다. 제1 멤브레인(115)에 남아 있는 샘플은 이후 에어 세그먼트 생성시 채널 내의 공기압력이 빠져나가는 것을 막아주는 밸브 역할을 한다.When the sample has almost flowed out of the first chamber 105, the pressure applied at the pressure pump 180 connected to the air pressure port 145 separates the sample into the first membrane 115. The sample remaining in the first membrane 115 serves as a valve that prevents the escape of air pressure in the channel during air segment generation.

도 8c에 도시된 바와 같이, 분리된 샘플의 후미가 T 정션(135)를 지날 때, 쓰리 웨이 밸브(182)는 도 4c에 도시된 바와 같이 벤트(vent) 모드로 되어 외부와 연결되며, 액츄에이터(160)는 물리적인 힘을 가하여 기질 용액을 T 정션(135)으로 밀어낸다. 그리고 압력 펌프(180)의 구동으로 채널 내 공기 압력이 증가하고, T 정션(135)에서 에어 세그먼트가 생성되기 시작한다. As shown in FIG. 8C, when the trailing end of the separated sample passes through T junction 135, the three way valve 182 is in vent mode as shown in FIG. 4C and connected to the outside, and the actuator 160 exerts a physical force to push the substrate solution into the T junction 135. The air pressure in the channel is increased by the driving of the pressure pump 180, and the air segment starts to be generated at the T junction 135.

에어 세그먼트의 크기는 진공 펌프(190)의 압력과 압력 펌프(180)의 비에 의해서 제어된다. 채널 내의 에어 세그먼트에 의하여 분리된 액체 방울이 유동하는 경우, 액채 방울 내에서는 내부 순환(internal recirculation)이 일어나게 된다. 이러한 내부 순환 및 액체 방울의 이동에 의하여 채널 혹은 전극상의 비특이적 흡착을 줄이거나 제거하게 된다. 따라서, 에어 세그먼트의 생성에 의한 비특이적 흡착의 제거를 워싱(washing) 과정이라 표현할 수 있다.The size of the air segment is controlled by the ratio of the pressure of the vacuum pump 190 and the pressure pump 180. When a liquid droplet separated by an air segment in the channel flows, internal recirculation occurs in the liquid droplet. This internal circulation and the movement of liquid droplets reduce or eliminate nonspecific adsorption on channels or electrodes. Thus, the removal of nonspecific adsorption by the generation of air segments can be referred to as a washing process.

도 8d에 도시된 바와 같이, 워싱 과정이 끝나면 기질 용액은 전극에 있는 효소에 의하여 PAP나 P-아미노페놀과 같은 전자 활성 스피시즈(electroactive species)를 생성한다. 에어 세그먼트의 생성을 멈추기 위해서, 압력 펌프(180)의 구동은 중지되며, 연결된 쓰리 웨이 밸브(182)는 벤트 모드로 전환된다. 전극 채널 내의 모든 에어 세그먼트가 사라지면 진공 펌프(190)의 작동은 멈추고, 연결된 스리 웨이 밸브(192)는 벤트 모드로 전환된다. As shown in FIG. 8D, after the washing process, the substrate solution generates an electroactive species such as PAP or P-aminophenol by an enzyme at the electrode. In order to stop the generation of the air segment, the driving of the pressure pump 180 is stopped and the connected three way valve 182 is switched to the vent mode. When all the air segments in the electrode channel disappear, the operation of the vacuum pump 190 stops, and the connected three-way valve 192 is switched to the vent mode.

그리고 모든 쓰리 웨이 밸브는 인라인 모드로 바귄다. 이러한 과정으로 채널 내부에 축적된 압력은 모두 소진되고, 전극 주위의 기질 용액은 움직이지 않게 된다. 전자 활성 스피시즈의 생성을 위하여 전극은 일정 온도(37℃)로 유지되며, 전극(170)에서 측정된 자료를 정략적으로 분석하게 된다. And all three way valves switch to in-line mode. As a result of this, the pressure accumulated in the channel is exhausted, and the substrate solution around the electrode is not moved. The electrode is maintained at a constant temperature (37 ° C.) for the generation of electronically active species, and the data measured at the electrode 170 are analyzed systematically.

도 9a 내지 도 9c는 위에서 상술한 에어 세그먼트에 의한 채널 내의 워싱 과정을 설명하기 위한 도면이다.9A to 9C are views for explaining a washing process in a channel by the above-described air segment.

도 9a에서와 같이, T 정션(135)에서 형성된 에어 세그먼트가 채널 사이를 이동하게 되면, 도 9b에서와 같이 채널 벽면(혹은 전극)에 존재하던 흡착 물질들을 제거하게 된다. 구체적으로, 에어 세그먼트는 내부에서 회전 또는 순환기류를 만들어내기 때문에 에어 세그먼트의 진행 방향과 내부 순환에 의하여 채널 내의 흡착 물질들은 도 9c와 같이 말끔히 제거될 수 있다.As shown in FIG. 9A, when the air segment formed in the T junction 135 moves between the channels, the adsorbent materials that existed on the channel wall (or the electrode) as shown in FIG. 9B are removed. Specifically, since the air segment creates a rotation or circulation air flow therein, the adsorbents in the channel may be neatly removed as shown in FIG. 9C by the direction in which the air segment travels and the internal circulation.

한편, 상기 에어 세그먼트의 반응은 흡착 물질들의 제거뿐만 아니라 흡착 물질들의 생성을 억제하는 기능도 갖는다.On the other hand, the reaction of the air segment has a function of suppressing the generation of the adsorption materials as well as the removal of the adsorption materials.

도 10a 내지 도 10b는 에어 세그먼트의 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다.10A to 10B are views for explaining a method of forming an air segment.

도 10a와 같이 액체(예:기질 용액) T 정션(135)에서 굴곡되지 않은 제2 채널(130)을 흐르며, 공기는 제1 채널(125)로부터 인가된다. 구체적으로, 공기는 제1 채널(125)과 연결되어 있는 압력 펌프(180)로부터 공기를 주입받는다. 이렇게 인가된 공기는 도 10b 및 도 10c에 도시된 바와 같이 서서히 액체에 스며들게 되며, 도 10d에서처럼 일정량의 공기가 채널내 액체에 포함되어 에어 세그먼트를 형성하게 된다.As shown in FIG. 10A, an uncurved second channel 130 flows in the liquid (eg, substrate solution) T junction 135, and air is applied from the first channel 125. In detail, the air is injected with air from the pressure pump 180 connected with the first channel 125. The air applied in this manner gradually penetrates the liquid as shown in FIGS. 10B and 10C, and as shown in FIG. 10D, a certain amount of air is included in the liquid in the channel to form an air segment.

이때 에어 세그먼트의 크기는 진공 펌프(190)의 압력과 압력 펌프(180)의 비에 의해서 제어될 수 있다. 즉, 진공 펌프(190)가 얼마의 힘으로 빨아들이는지, 그리고 압력 펌프(180)가 얼마의 힘 또는 주기로 공기를 밀어 넣는지에 의하여 에어 세그먼트의 크기가 결정될 수 있다.In this case, the size of the air segment may be controlled by the ratio of the pressure of the vacuum pump 190 and the pressure pump 180. That is, the size of the air segment may be determined by how much force the vacuum pump 190 sucks and by how much force or cycle the pressure pump 180 pushes in air.

상기 본 발명의 구성에 따른 진단용 카트리지에 의하면, 샘플이나 시료를 채널로 전부 이동시킨 후 다시 액체의 유입을 방지할 수 있게 된다.According to the diagnostic cartridge according to the configuration of the present invention, it is possible to prevent the inflow of liquid again after all the samples or samples are moved to the channel.

또한, 채널 내의 액체의 이동을 제어하기 위해서 물리적인 힘을 인가하여 채널 내에서 액체를 원하는 위치까지 수월하게 이동시킬 수 있게 되어 효율적으로 반응이 일어날 수 있게 된다. 또한, 에어 세그먼트에 의한 워싱 작용까지 가능한 진단용 카트리지를 제공할 수 있게 된다.In addition, in order to control the movement of the liquid in the channel it is possible to easily move the liquid to the desired position in the channel by applying a physical force so that the reaction can occur efficiently. In addition, it is possible to provide a diagnostic cartridge capable of washing action by the air segment.

도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지 제어 방법을 나타내는 흐름도이다. 11 and 12 are flowcharts illustrating a diagnostic cartridge control method according to an embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지에 있어서 샘플과 기질 용액에 반응에 의한 결과를 센싱하는 과정을 단계적으로 나타내고 있다.11 is a step-by-step process of sensing the result of the reaction to the sample and the substrate solution in the diagnostic cartridge according to an embodiment of the present invention.

우선 진공 펌프(190)이 카트리지 내의 공기를 흡수한다(S400). 구체적으로, 진공 펌프(190)는 카트리지 내의 채널(125,130)에 포함된 공기를 흡수함으로써, 채널(125,130) 내의 샘플 혹은 기질 용액을 이동시키게 된다.First, the vacuum pump 190 absorbs air in the cartridge (S400). Specifically, the vacuum pump 190 absorbs the air contained in the channels 125 and 130 in the cartridge, thereby moving the sample or substrate solution in the channels 125 and 130.

이에 제1 채널(125)의 샘플이 이동하게 된다(S410). 그리고 제1 채널(125)을 통해서 샘플이 T 정션(135) 까지 이동하게 되면, 제2 채널(130)을 통해 이동되는 기질 용액은 액츄에이터(160)에 의하여 물리적으로 이동하게 되며,(S420) 이후 펀칭되어 기질 용액의 자유로운 흐름을 도모한다. 액츄에이터(160)에 의한 물리적 이동은 이미 위에서 상세히 언급하였기 때문에 이와 관련한 설명은 생략하기로 한다.As a result, the sample of the first channel 125 is moved (S410). In addition, when the sample moves to the T junction 135 through the first channel 125, the substrate solution moved through the second channel 130 is physically moved by the actuator 160 (S420). Punched out to allow free flow of the substrate solution. Since the physical movement by the actuator 160 has already been described in detail above, a description thereof will be omitted.

액츄에이터(160)에 의하여 이동된 기질 용액은 샘플과 섞이게 되며, 제2 채널(130)을 지나치며, 제2 채널(130)에 구비된 전극(170)은 그 반응을 센싱한다(S430).The substrate solution moved by the actuator 160 is mixed with the sample, passes through the second channel 130, and the electrode 170 provided in the second channel 130 senses the reaction (S430).

여기까지의 단계는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단용 카트리지에서의 제어방법이며, 이후 에어 세그먼트의 생성에 의한 워싱 단계는 도 12의 흐름도를 보며 상세히 설명하기로 한다.Steps up to this point is a control method in the diagnostic cartridge according to an embodiment of the present invention, the washing step by the generation of the air segment will be described in detail with reference to the flow chart of FIG.

도 12는 상기 도 9a 내지 9c, 그리고, 도 10a 내지 10d를 참조한 설명과 관련하여, 에어 세그먼트의 생성을 통해서 제2 채널(135)에 흡착된 단백질 등을 제거하는 워싱 작용을 단계적으로 설명한다. FIG. 12 is a step-by-step description of the washing operation of removing the protein and the like adsorbed on the second channel 135 through the generation of the air segment in connection with the description of FIGS. 9A to 9C and FIGS. 10A to 10D.

액츄에이터(160)에 의하여 외부 공기와 차단하기 위하여 상기 제2 챔버(110)의 일단에 부착된 테이프가 펀칭되며(S440), 제1 채널(125)의 일단 역시 오픈된다(S450). 제1 채널(125)의 오픈은 상기 4a 내지 4c를 참조하면서 설명한 쓰리 웨이 밸브를 통해서 수행될 수 있다. 다만, 액츄에이터(160)의 펀칭 단계는 상기 도 11에 포함된 단계 중 기질 용액을 이동(S420)시키는 단계 바로 이후에 구성될 수 있음은 물론이다.The tape attached to one end of the second chamber 110 is punched to block the outside air by the actuator 160 (S440), and one end of the first channel 125 is also opened (S450). Opening of the first channel 125 may be performed through the three-way valve described with reference to 4a to 4c. However, the punching step of the actuator 160 may be configured immediately after the step (S420) of moving the substrate solution in the step included in FIG. 11.

이후 진공 펌프(190)는 채널(125,130) 내의 공기를 빨아들이며(S460), 채널(125,130) 내의 공기 혹은 용액을 이동시키게 된다. 이때 압력 펌프(180) 역시 같이 동작하여 공기 혹은 용액의 이동을 도울 수 있다.Thereafter, the vacuum pump 190 sucks air in the channels 125 and 130 (S460) and moves the air or the solution in the channels 125 and 130. At this time, the pressure pump 180 may also work together to help the movement of air or solution.

이렇게 공기 혹은 용액이 이동하며 T 정션(135)에서 에어 세그먼트가 생성된다(S470). 에어 세그먼트의 생성은 상기 도 10a 내지 도 10d를 참조하면서 상세히 설명하였기에 여기서는 그 설명을 생략하기로 한다.In this way, the air or the solution moves and the air segment is generated in the T junction 135 (S470). Since the generation of the air segment has been described in detail with reference to FIGS. 10A to 10D, the description thereof will be omitted.

생성된 에어 세그먼트는 제2 채널(130)을 이동하면서, 도 9a 내지 도 9c를 참조하면서 설명한 바와 같이 제2 채널(130)에 흡착된 단백질을 워싱한다(S480). 즉, T 정션(135)에서 형성된 에어 세그먼트가 채널 사이를 이동하게 되면, 채널 벽면(혹은 전극)에 존재하던 흡착 물질들을 제거하게 된다. 구체적으로, 에어 세그먼트는 내부에서 회전 또는 순환기류를 만들어내기 때문에 에어 세그먼트의 진행 방향과 내부 순환에 의하여 채널 내의 흡착 물질들이 말끔히 제거될 수 있다. 한편, 상기 에어 세그먼트의 반응은 흡착 물질들의 제거뿐만 아니라 흡착 물질들의 생성을 억제하는 기능까지 갖는다.The generated air segment moves the second channel 130, and washes the protein adsorbed to the second channel 130 as described with reference to FIGS. 9A to 9C (S480). That is, when the air segment formed at the T junction 135 moves between the channels, the adsorption materials existing on the channel wall (or the electrode) are removed. Specifically, since the air segment creates a rotation or circulation air flow therein, the adsorbent substances in the channel can be neatly removed by the direction in which the air segment travels and the internal circulation. On the other hand, the reaction of the air segment has a function of suppressing the generation of the adsorption materials as well as the removal of the adsorption materials.

상기한 바에서, 다양한 실시예에서 설명한 각 구성요소 및/또는 기능은 서로 복합적으로 결합하여 구현될 수 있으며, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
In the foregoing description, each component and / or function described in various embodiments may be implemented in combination with each other, and those skilled in the art may recognize the present invention described in the claims below. It will be understood that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope.

100...........................................샘플 포트
105...........................................제1 챔버
110...........................................제2 챔버
115...........................................제1 멤브레인
120...........................................제2 멤브레인
125...........................................제1 채널
130...........................................제2 채널
135...........................................T 정션
140...........................................제3 챔버
145,150.......................................기압 포트
160...........................................액츄에이터
170...........................................전극
180...........................................압력 펌프
182,192.......................................쓰리 웨이 밸브
184,194.......................................압력 센서
190...........................................진공 펌프100 ......................................... Sample Port
105 ........................... 1st chamber
110 ............................................ 2nd chamber
115 ....................................................... 1st Membrane
120 .......................................... Second Membrane
125 ........................ 1st channel
130 ........................................ 2nd channel
135 ........................... T junction
140 ........................... 3rd chamber
145,150 ......................... Pressure port
160 .................................... Actuator
170 ........................................
180 ......................................... Pressure pump
182,192 ......................... Three Way Valve
184,194 ...................................... Pressure sensor
190 ........................................... Vacuum Pump

Claims (22)

샘플을 주입하기 위한 샘플 포트;
샘플 포트로부터 주입된 샘플을 이동시키는 제1 챔버;
기질 용액을 이동시키는 제2 챔버;
상기 제1 챔버의 말단에 위치하여, 상기 샘플이 전부 이동한 후 상기 제1 챔버로 다른 물질이 유입되는 것을 방지하는 밸브 기능을 갖는 제1 멤브레인; 및
상기 제2 챔버의 말단에 위치하여, 상기 기질 용액이 전부 이동한 후 상기 제2 챔버로 다른 물질이 유입되는 것을 방지하는 밸브 기능을 갖는 제2 멤브레인;을 포함하는 진단용 카트리지.A sample port for injecting a sample;
A first chamber for moving the injected sample from the sample port;
A second chamber for moving the substrate solution;
A first membrane positioned at the distal end of the first chamber and having a valve function to prevent other substances from entering the first chamber after the sample is completely moved; And
A second membrane positioned at an end of the second chamber and having a valve function to prevent other substances from flowing into the second chamber after the substrate solution has completely moved. 제 1항에 있어서,
상기 제1 멤브레인과 수직으로 연결되어 상기 제1 멤브레인으로부터 유입된 상기 샘플을 다시 이동시키기 위한 제1 채널; 및
상기 제2 멤브레인과 수직으로 연결되어 상기 제2 멤브레인으로부터 유입된 상기 기질 용액을 다시 이동시키기 위한 제2 채널; 및
상기 제1 채널 일단과 상기 제2 채널의 일부분이 연결되는 지점으로, 상기 샘플 및 상기 기질 용액을 혼합하는 T 정션;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단용 카트리지.The method of claim 1,
A first channel connected vertically with the first membrane to move the sample introduced from the first membrane again; And
A second channel connected vertically with the second membrane to move the substrate solution introduced from the second membrane again; And
And a T junction for mixing the sample and the substrate solution to a point where one end of the first channel and a portion of the second channel are connected. 제 2항에 있어서,
상기 제1 채널의 타단에 연결되어 상기 제1 채널에 공기압을 밀어넣는 압력 펌프;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단용 카트리지.The method of claim 2,
And a pressure pump connected to the other end of the first channel to push air pressure into the first channel. 제 3항에 있어서,
상기 압력 펌프와 상기 제1 채널을 연결하거나 차단시키는 쓰리 웨이 밸브(3-way valve);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단용 카트리지.The method of claim 3, wherein
And a three-way valve connecting or disconnecting the pressure pump and the first channel. 제 3항에 있어서,
상기 압력 펌프와 상기 제1 채널과의 사이에, 카트리지 내의 압력을 센싱하는 압력 센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단용 카트리지. The method of claim 3, wherein
And a pressure sensor for sensing a pressure in the cartridge between the pressure pump and the first channel. 제 2항에 있어서,
상기 제2 챔버의 기질 용액을 상기 T 정션까지 이동시키기 위하여 물리적인 힘을 가하는 액츄에이터(actuator);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단용 카트리지.The method of claim 2,
And an actuator configured to apply a physical force to move the substrate solution of the second chamber to the T junction. 제 6항에 있어서,
상기 제2 챔버는 내부압을 유지하기 위하여 외부의 공기압과 차단시키기 위한 테이프;를 구비하며, 상기 액츄에이터는 상기 테이프를 상기 제2 챔버의 내부 방향으로 밀기 위한 물리적인 힘을 가하는 것을 특징으로 하는 진단용 카트리지. The method according to claim 6,
The second chamber is provided with a tape for blocking the external air pressure to maintain the internal pressure, wherein the actuator is a diagnostic for the physical force for pushing the tape in the inner direction of the second chamber cartridge. 제 7항에 있어서,
상기 테이프는 상기 액츄에이터가 가하는 물리적인 힘이 기설정된 수치를 넘는 경우 파열되는 것을 특징으로 하는 진단용 카트리지.8. The method of claim 7,
And the tape ruptures when the physical force exerted by the actuator exceeds a predetermined value. 제 2항에 있어서,
상기 제2 채널의 말단에 연결되어 반응이 끝난 용액을 수거하는 제3 챔버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단용 카트리지.The method of claim 2,
And a third chamber connected to the end of the second channel to collect the finished solution. 제 9항에 있어서,
상기 제3 챔버는 상기 반응이 끝난 용액을 상기 제3 챔버에 포획하기 위한 흡수 패드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단용 카트리지.The method of claim 9,
And the third chamber further comprises an absorption pad for capturing the reaction solution in the third chamber. 제 9항에 있어서,
상기 제3 챔버와 연결되며, 공기를 빨아들여 상기 제1 채널 또는 상기 제2 채널에 포함된 액체를 이동시키는 진공 펌프;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단용 카트리지.The method of claim 9,
And a vacuum pump connected to the third chamber and sucking air to move the liquid contained in the first channel or the second channel. 제 11항에 있어서,
상기 진공 펌프와 상기 제3 챔버를 연결시키거나 차단시키기 위한 쓰리 웨이 밸브(3-way valve);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단용 카트리지.12. The method of claim 11,
And a three-way valve for connecting or disconnecting the vacuum pump and the third chamber. 제 11항에 있어서,
상기 진공 펌프와 상기 제3 챔버 사이에, 카트리지 내의 압력을 센싱하는 압력 센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단용 카트리지.12. The method of claim 11,
And a pressure sensor configured to sense a pressure in the cartridge between the vacuum pump and the third chamber. 제 2항에 있어서,
상기 제1 채널 또는 상기 제2 채널에 연결되어 액체의 위치를 인식하거나, 전기 화학적으로 반응을 측정하기 위한 적어도 하나의 전극;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단용 카트리지.The method of claim 2,
And at least one electrode connected to the first channel or the second channel to recognize a position of a liquid or to measure a reaction electrochemically. 제 2항에 있어서,
상기 제1 멤브레인 및 상기 제2 멤브레인은 각각 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널과 서로 상이한 평면상에 위치하는 것을 특징으로 하는 진단용 카트리지.The method of claim 2,
And the first membrane and the second membrane are located on different planes from the first channel and the second channel, respectively. 샘플을 포함하는 제1 챔버로부터 공급된 샘플이 이동하기 위한 제1 채널;
기질 용액을 포함하는 제2 챔버로부터 공급된 기질 용액이 이동하기 위한 제2 채널;
상기 제1 채널의 일단이 상기 제2 채널의 일부분과 이어지는 T 정션;
상기 제1 채널의 타단에 연결되어 상기 제1 채널 내에 공기압을 밀어넣는 압력 펌프;
상기 제2 챔버와 연결되어 상기 기질 용액이 이동할 수 있도록 물리적인 힘을 가하거나 기압을 조절하기 위한 액츄에이터; 및
상기 제2 채널의 타단에 연결되어 상기 제1 채널 혹은 상기 제2 채널에 포함된 물질을 이동시키기 진공 펌프;를 구비하는 진단용 카트리지의 제어 방법에 있어서,
상기 진공 펌프가 공기를 빨아들여 상기 제1 채널에 포함된 샘플을 이동시키는 단계;
상기 샘플이 상기 제2 채널까지 이동한 이후 상기 액츄에이터가 물리적인 힘을 인가하여 상기 기질 용액을 상기 T 정션까지 이동시키는 단계; 및
상기 제2 채널에서 일어나는 반응 결과를 센싱하는 단계;를 포함하는 진단용 카트리지의 제어 방법.A first channel through which the sample supplied from the first chamber containing the sample moves;
A second channel through which the substrate solution supplied from the second chamber containing the substrate solution moves;
A T junction at which one end of the first channel follows a portion of the second channel;
A pressure pump connected to the other end of the first channel to push air pressure into the first channel;
An actuator connected to the second chamber for applying a physical force or adjusting the air pressure to move the substrate solution; And
A control method of a diagnostic cartridge comprising: a vacuum pump connected to the other end of the second channel to move a substance included in the first channel or the second channel.
The vacuum pump sucking air to move a sample included in the first channel;
The actuator applying a physical force to move the substrate solution to the T junction after the sample has moved to the second channel; And
And sensing a result of a reaction occurring in the second channel. 제 16항에 있어서,
상기 액츄에이터가, 외부 공기와 차단하기 위하여 상기 제2 챔버의 일단에 부착된 테이프를 펀칭하는 단계;
상기 압력 펌프와 연결된 상기 제1 채널의 일단을 오픈시키는 단계; 및
상기 오픈시키는 단계 이후 상기 진공 펌프가 채널 내 공기를 빨아들여 채널 내에 에어 세그먼트를 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단용 카트리지의 제어 방법.17. The method of claim 16,
Punching, by the actuator, a tape attached to one end of the second chamber to block external air;
Opening one end of the first channel connected with the pressure pump; And
And after the opening step, the vacuum pump sucks air in the channel to form an air segment in the channel. 제 17항에 있어서,
상기 에어 세그먼트를 형성하는 단계는,
상기 제1 채널로부터 유입된 공기와 상기 제2 챔버로부터 상기 제2 채널로 유입된 기질 용액을 이용하여, 상기 T 정션 상에서 형성시키는 것을 특징으로 하는 진단용 카트리지의 제어 방법.18. The method of claim 17,
Forming the air segment,
And controlling the diagnostic cartridge to form the T junction using air introduced from the first channel and a substrate solution introduced into the second channel from the second chamber. 제 17항에 있어서,
상기 에어 세그먼트를 형성하는 단계는,
상기 진공 펌프의 동작을 조절하여 주기적이고 연속적으로 상기 에어 세그먼트를 형성하는 것을 특징으로 하는 진단용 카트리지의 제어 방법.18. The method of claim 17,
Forming the air segment,
And controlling the operation of the vacuum pump to form the air segment periodically and continuously. 제 17항에 있어서,
상기 에어 세그먼트를 형성하는 단계는,
상기 진공 펌프의 압력과 상기 압력 펌프의 압력의 비를 조절함으로써, 상기 에어 세그먼트의 크기가 제어되는 것을 특징으로 하는 진단용 카트리지의 제어 방법.18. The method of claim 17,
Forming the air segment,
And controlling the ratio of the pressure of the vacuum pump and the pressure of the pressure pump to control the size of the air segment. 제 17항에 있어서,
상기 형성된 에어 세그먼트를 이동시켜 상기 제2 채널에 흡착된 단백질을 세척하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진단용 카트리지의 제어 방법.18. The method of claim 17,
Moving the formed air segment to wash the protein adsorbed to the second channel; control method of a diagnostic cartridge further comprising a. 제 21항에 있어서,
상기 세척 단계 이후, 다시 상기 압력 펌프와 연결된 상기 제1 채널의 일단 및 상기 엑츄에이터와 연결된 상기 제2 챔버의 일단을 연결하여, 다시 샘플 및 기질 용액을 이동시키는 단계;를 더 포함하는 진단용 카트리지의 제어 방법.


22. The method of claim 21,
After the washing, connecting one end of the first channel connected with the pressure pump and one end of the second chamber connected with the actuator to move the sample and the substrate solution again. Way.


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