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KR20160144488A - 생물학적 샘플을 처리 및 분석하기 위한 회전가능한 카트리지 - Google Patents

생물학적 샘플을 처리 및 분석하기 위한 회전가능한 카트리지 Download PDF

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KR20160144488A
KR20160144488A KR1020167031818A KR20167031818A KR20160144488A KR 20160144488 A KR20160144488 A KR 20160144488A KR 1020167031818 A KR1020167031818 A KR 1020167031818A KR 20167031818 A KR20167031818 A KR 20167031818A KR 20160144488 A KR20160144488 A KR 20160144488A
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metering chamber
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duct
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크리슈토프 뵘
자샤 루츠
위르겐 슈핀케
Original Assignee
에프. 호프만-라 로슈 아게
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Abstract

본원은 자동 분석기 (1100) 용 카트리지 (300) 를 제공하고, 상기 카트리지는 회전축 (102) 을 중심으로 스핀되도록 작동가능하다. 상기 카트리지는 : 유체 (307) 를 수용하기 위한 유체 챔버 (104), 분취 챔버 (108), 상기 유체 챔버와 상기 분취 챔버를 연결하는 제 1 덕트 (106), 모세관 작용을 사용하여 유체가 계량 챔버를 충전하도록 작동가능한 계량 챔버 (112), 계량 챔버와 분취 챔버를 연결하는 제 2 덕트 (110), 및 통기구 (128) 를 포함한다. 상기 통기구는 계량 챔버에 연결된다. 통기구는 계량 챔버보다 회전축에 더 근접하다. 계량 챔버는 측벽들 (204) 과 중심 구역 (206) 을 가진다. 측벽들은 중심 구역으로부터 멀리 테이퍼지고, 계량 챔버의 측벽들 옆에서의 모세관 작용은 계량 챔버의 중심 구역에서보다 더 크다. 제 2 덕트는 분취 챔버에서 덕트 입구 (114) 를 포함한다. 제 2 덕트는 계량 챔버에서 덕트 출구 (116) 를 더 포함하고, 상기 덕트 출구는 덕트 입구보다 회전축에 더 근접하다. 제 2 덕트는 모세관 작용을 사용하여 계량 챔버에 유체를 유동시키도록 작동가능하다. 카트리지는 생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위해 유체 구조물 (336) 및 밸브 (121) 를 통하여 계량 챔버에 연결된 하류측 유체 요소 (122) 를 더 포함한다. 유체 구조물은 처리된 생물학적 샘플의 측정을 가능하기 하는 측정 구조물 (344, 1110) 을 포함하고, 유체 구조물은 생물학적 샘플을 수용하도록 구성된다.

Description

생물학적 샘플을 처리 및 분석하기 위한 회전가능한 카트리지 {ROTATABLE CARTRIDGE FOR PROCESSING AND ANALYZING A BIOLOGICAL SAMPLE}
본원은 생물학적 샘플들을 위한 분석 시험용 디바이스들, 특히 생물학적 샘플의 측정을 수행하기 위한 회전가능한 카트리지들의 구성과 용도에 관한 것이다.
의료 분석 분야에는 2 가지 종류의 분석 시스템들 : 습식 분석 시스템들과 건식 화학적 분석 시스템들이 알려져 있다. "습식 시약" (액체 시약) 을 사용하여 본질적으로 작동하는 습식 분석 시스템들은, 다수의 필수 단계, 예를 들어 샘플과 시약을 반응 용기에 제공하는 단계, 반응 용기에서 샘플과 시약을 함께 혼합하는 단계, 및 원하는 분석적 결과물 (분석 결과물) 을 제공하도록 측정 변수 특징에 대한 혼합물을 측정하고 분석하는 단계를 통하여 분석을 실시한다. 이러한 단계들은 종종 기술적으로 복잡한 대형의 라인 작동식 분석 기구들을 사용하여 실시되어, 관여 요소들의 매니폴드 운동을 허용한다. 이러한 종류의 분석 시스템은 통상적으로 대형의 의료 분석 연구실에서 사용된다.
한편, 건식 화학적 분석 시스템들은 "건식 시약들" 을 사용하여 작동하고, 이러한 건식 시약들은 통상적으로 시험 요소에 통합되고 그리고 예를 들어 "시험 스트립" 으로서 실시된다. 이러한 건식 화학적 분석 시스템들이 사용되면, 액체 샘플은 시험 요소에서 시약들을 용해시키고, 샘플과 용해된 시약의 반응은 시험 요소 자체에서 측정될 수 있는 측정 변수의 변화를 유발한다. 무엇보다도, 광학 분석가능한 (특히 비색) 분석 시스템들은 통상적으로 이러한 종류이고, 여기에서 측정 변수는 색상 변화 또는 다른 광학 측정가능한 변수이다. 전기화학 시스템들도 통상적으로 상기 종류이고, 여기에서 분석용 전기 측정 변수 특징, 특히 규정된 전압의 인가시에 전류는 측정 구역에 제공된 전극들을 사용하여 시험 요소의 측정 구역에서 측정될 수 있다.
건식 화학적 분석 시스템들의 분석 기구들은 통상적으로 컴팩트하고, 이러한 분석 시스템들 중 일부는 휴대가능한 배터리 작동식이다. 이러한 시스템들은, 예를 들어 병원들의 병동들에서 상주 의사들이 분산 분석하는데 사용되고 그리고 환자 자신이 의료 분석 매개변수 (특히, 당뇨병 환자가 혈당 분석 또는 와파린 환자들이 응고 상태) 를 모니터링하는 동안 소위 "가정내 모니터링" 에 사용된다.
습식 분석 시스템들에서, 고성능 분석 기구들은 보다 복잡한 다단계 반응 시컨스들 ("시험 프로토콜들") 의 실시를 허용한다. 예를 들어, 면역화학 분석들은 종종 다단계 반응 시컨스를 필요로 하고, 여기에서 "결합/프리 분리" (이하 "b/f 분리" 라고 함), 즉 결합상과 프리상의 분리가 필요하다. 하나의 시험 프로토콜에 따라서, 예를 들어, 프로브는 먼저 다공성 솔리드 매트릭스를 통하여 운반될 수 있고, 이 다공성 솔리드 매트릭스는 분석물을 위한 특정 결합 시약을 포함한다. 이 마킹 시약은, 그 후에 다공성 매트릭스를 통하여 유동하게 되고, 결합된 분석물을 마킹하며 그리고 이 결합된 분석물의 검출을 허용하도록 한다. 정확한 분석을 얻기 위해서, 세정 단계가 실시되어야 하고, 여기에서 결합되지 않은 마킹 시약이 완전히 제거된다. 매니폴드 분석물을 결정하기 위한 다양한 시험 프로세스들이 공지되어 있고, 이는 매니폴드 방법들에 있어서 상이하지만, 다수의 반응 단계들을 가진 복잡한 취급을 필요하는 특징을 공유하고, 특히 또한 가능하다면 b/f 분리가 필요하다.
시험 스트립들과 유사한 분석 요소들은 통상적으로 제어된 다단계 반응 시컨스들을 허용하지 않는다. 시험 스트립들과 유사한 시험 요소들이 공지되어 있고, 이러한 시험 요소들은 건식 형태의 시약들을 공급하는 것 이외에 추가의 기능들, 예를 들어 전체 혈액으로부터 적혈구들을 분리시킨다. 하지만, 이러한 시험 요소들은 통상적으로 개별 반응 단계들의 시간 시컨스의 정확한 제어를 허용하지 않는다. 습식 화학 연구실 시스템들은, 이러한 능력들을 제공하지만, 너무 크고, 너무 비싸고 너무 복잡하여 많은 적용에서 취급할 수 없다.
이러한 갭을 좁히기 위해서, 적어도 하나의 외부에서 제어된 (즉, 시험 요소 자체 외부의 요소를 사용하여) 액체 운반 단계를 내부에서 실시하도록 이행되는 시험 요소들 ("제어가능한 시험 요소들") 을 사용하여 작동되는 분석 시스템들이 제안되었다. 이러한 외부 제어는 압력차 (과압 또는 저압) 의 적용 또는 힘 작용의 변화 (예를 들어, 시험 요소의 자세 변화에 의한 또는 가속력들에 의한 중력 작용 방향의 변화) 에 기초할 수 있다. 외부 제어는 특히 빈번하게 회전 속도에 따라서 회전 시험 요소에 작용하는 원심력들에 의해 실시된다.
제어가능 시험 요소들을 가진 분석 시스템들은, 공지되어 있고 그리고 통상적으로 치수적으로 안정적인 플라스틱 재료를 포함하는 하우징과 이 하우징에 의해 둘러싸인 샘플 분석 채널을 가지며, 이 샘플 분석 채널은 다수의 채널 섹션들과 챔버들을 종종 포함하고, 이 챔버들은 이들 사이에 놓인 채널 섹션들에 비하여 확장된다. 채널 섹션들과 챔버들을 가진 샘플 분석 채널의 구조는 플라스틱 부분들의 프로파일링에 의해 규정된다. 이러한 프로파일링은 사출 성형 기법들 또는 열간 스탬핑에 의해 형성될 수 있다. 하지만, 리소그래피 방법들에 의해 발생되는 미세구조물들이 보다 최근에 점차적으로 사용된다.
제어가능한 시험 요소들을 가진 분석 시스템들은 대형 연구실 시스템들을 사용해서만 실시될 수 있는 시험들의 소형화를 허용한다. 추가로, 이러한 분석 시스템들은, 하나의 샘플로부터 유사한 분석들 및/또는 상이한 샘플들로부터 동일한 분석들을 병렬 처리하기 위한 동일한 구조물들의 적용을 반복함으로써 프로세서들의 병렬화를 허용한다. 시험 요소들이 통상적으로 확립된 제조 방법들을 사용하여 제조될 수 있고 그리고 시험 요소들은 또한 공지된 분석 방법들을 사용하여 측정 및 분석될 수 있는 다른 장점이 있다. 공지된 방법들과 제품들은 또한 이러한 시험 요소들의 화학적 및 생화학적 구성품들에 사용될 수 있다.
이러한 장점들에도 불구하고, 추가로 개선할 필요가 있다. 특히, 제어가능한 시험 요소들을 사용하여 작동하는 분석 시스템들은 여전히 너무 많이 크다. 대부분의 가능한 컴팩트한 치수는 많은 의도된 적용에 있어서 상당히 실제로 중요하다.
미국특허 US 8,114,351 B2 에는 분석물용 체액 샘플의 분석을 위한 분석 시스템이 개시되어 있다. 이러한 분석 시스템에서는 투여 스테이션 및 측정 스테이션을 가진 분석 기구 및 시험 요소를 제공한다. 이러한 시험 요소는 하우징을 가지고, (적어도) 하나의 샘플 분석 채널은 이러한 하우징에 의해 둘러싸인다. 시험 요소는 회전축을 중심으로 회전가능하고, 이 회전축은 시험 요소를 통하여 연장된다.
미국특허 8,470,588 B2 에서는 분석물을 검출하기 위한 방법과 시험 요소가 개시되어 있다. 시험 요소는 본질적으로 디스크 형상 및 플랫하고 그리고 바람직하게는 중심축을 중심으로 회전될 수 있으며, 이 중심축은 디스크 형상의 시험 요소의 평면에 수직하다.
Kim, Tae-Hyeong 등의 "Flow-enhanced electrochemical immunosensors on centrifugal microfluidic platforms." Lab on a Chip 13.18 (2013): 3747-3754, doi:10.1039/c3lc50374g, (이하, "Kim 등" 이라고 함) 에는, 비드 기준의 효소결합 면역흡착 검사를 통한 생물학적 샘플들로부터 타겟 항원 포획 및 유동 향상된 전기화학 검출을 위한 특징들을 가진 완전 통합식 원심의 미세유체 디바이스가 개시되어 있다. 이는 "랩-온-디스크 (lab-on-a-disc)" 또는 미세유체 CD 들이라고 하는 원심의 미세유체 디스크들에 통합된다.
Martinez-Duarte, Rodrigo 등의 "The integration of 3D carbon-electrode dielectrophoresis on a CD-like centrifugal microfluidic platform." Lab on a Chip 10.8 (2010): 1030-1043, doi:10.1039/B925456K, (이하 "Martinez-Duarte 등" 이라고 함) 에는, 컴팩트한 디스크 (CD) 기반의 원심 플랫폼을 가진 유전영동 (DEP)-보조식 필터가 개시되어 있다. 3D 탄소 전극들은 C-MEMS 기법을 사용하여 제조되고 그리고 관심 입자들을 포획하도록 DEP-가능 활성 필터 (DEP-enabled active filter) 를 실행하는데 사용된다.
유럽특허출원공개 EP 2 302 396 A1 에는, 회전 구동의 원주방향으로 샘플 액체를 유지하는 제 1 저장 캐비티에 인접한 작동 캐비티; 모세관력에 의해 샘플 액체를 흡인하고 그리고 샘플 액체를 작동 캐비티까지 전달하도록 제 1 저장 캐비티의 측벽에 제공된 연결 섹션; 및 회전 구동의 원주 방향으로 작동 캐비티 외부에 배치되고 그리고 연결 통로를 통하여 작동 캐비티의 최외부 위치와 연통하는 제 2 저장 캐비티들을 포함하는 분석 디바이스가 개시되어 있다. 연결 섹션은 제 1 저장 캐비티에 유지된 샘플 액체의 액체 레벨보다 더 멀리 원주방향으로 연장된다.
미국특허출원공개 US 2009/0246082 에는, 샘플 용액을 용액 성분과 고체 성분으로 분리시키는 분리 챔버, 미리 정해진 양의 분리된 고체 성분을 유지하기 위한 유지 채널, 유지 채널에 연결된 혼합 챔버, 유지 챔버와 분리 챔버 사이에 연결된 과유동 채널, 분리 챔버에 잔류하는 샘플 용액을 배출하는 샘플 과유동 챔버, 및 분리 챔버와 샘플 과유동 챔버를 연결하는 조인트 채널을 포함하는 분석 디바이스가 개시되어 있다. 분리된 용액 성분이 우선적으로 모세관력으로 과유동 채널을 충전한 후에, 분리된 고체 성분은 과유동 채널을 통하여 유지 채널까지 전달되고, 미리 정해진 양의 고체 성분이 측정된다. 유지 채널에서 고체 성분은 원심력에 의해 혼합 챔버까지 전달되고, 동시에 분리 챔버에 잔류하는 샘플 용액은 조인트 채널의 사이펀 영향에 의해 샘플 과유동 챔버로 배출된다.
본원은, 독립항들에서 처리된 생물학적 샘플의 측정을 실시하는 방법, 카트리지, 및 자동 분석기를 제공한다. 실시형태들은 종속항들에 주어져 있다.
일 양태에서, 본원은 카트리지를 사용하여 처리된 생물학적 샘플의 측정을 실시하는 방법을 제공한다.
본원에 사용된 카트리지는 생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위한 시험 요소를 포함한다. 카트리지는 생물학적 샘플상에서 측정이 실시될 수 있도록 하는 구조물들 또는 구성품들을 포함할 수 있다. 카트리지는 미국특허 8,114,351 B2 및 8,470,588 B2 에 규정 및 설명된 바와 같은 시험 요소이다. 본원에 사용된 카트리지는 또한 원심 미세유체 디스크라고 할 수 있고, 또한 "랩-온-디스크" 또는 미세유체 CD 로도 알려져 있다.
본원에 사용된 생물학적 샘플은 또한 유기체로부터 취한 샘플로부터 유도, 복사, 복제, 또는 재생된 화학적 생성물을 포함한다.
카트리지는 회전축을 중심으로 스핀되도록 작동가능하다. 카트리지는 유체를 수용하기 위한 유체 챔버를 포함한다. 다양한 내용들에서, 유체를 수용하는 것은 다른 의미를 가질 수 있다. 일 해석에 있어서, 유체를 수용하는 것은 예를 들어 피펫 또는 다른 분배기를 통하여 유체를 수용하는 것일 수도 있다. 다른 상황에서, 카트리지내의 저장기를 개방시킴으로써 유체를 수용하는 것일 수 있다. 카트리지는 분취 챔버를 더 포함한다. 카트리지는 유체 챔버와 분취 챔버를 연결하는 제 1 덕트를 더 포함한다. 카트리지는 계량 챔버를 더 포함한다. 계량 챔버는 모세관 작용을 사용하여 유체가 계량 챔버를 충전시키도록 작동가능하다.
본원에 사용된 모세관 작용은 또한 모세관, 모세관 이동 또는 위킹 (wicking), 또는 모세관력을 지칭할 수 있다. 모세관 작용은 중력 또는 원심력들과 같은 외력들의 보조없이 좁은 공간들에서 액체를 유동시키는 능력이다.
모세관 작용은 액체 및 인접한 고체 표면들 사이의 분자간 힘들에 의해 유발된다. 액체와 인접한 고체 표면들 사이의 접착력들은 중력 또는 다른 외력들에 대항하는데 사용될 수 있다. 일부 경우에, 인접한 고체 표면들 사이의 거리를 감소시킴으로써 모세관 작용이 증가될 수 있다.
카트리지는 계량 챔버와 분취 챔버를 연결하는 제 2 덕트를 더 포함한다. 제 2 덕트는 분취 챔버에서 덕트 입구를 포함한다. 제 2 덕트는 계량 챔버에서 덕트 출구를 더 포함한다. 덕트 출구는 덕트 입구보다 회전축에 더 근접하다. 제 2 덕트는 모세관 작용을 사용하여 계량 챔버안으로 유체 유동을 유동시키도록 작동가능하다. 카트리지는 하류측 유체 요소를 더 포함한다. 하류측 유체 요소는 밸브를 통하여 계량 챔버에 연결된다. 유체가 계량 챔버에서부터 하류측 유체 요소로 유동하는 관점에서 하류측 유체 요소는 하류측이다.
카트리지는 생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위한 유체 구조물을 더 포함한다. 유체 구조물은 하류측 유체 요소를 더 포함한다. 유체 구조물은 하류측 유체 요소를 더 포함한다. 하류측 유체 요소는 유체 구조물에 유체 연결된다. 하류측 유체 요소는 유체 구조물의 구성품 또는 일부인 것으로 고려될 수 있다. 유체 구조물은 처리된 생물학적 샘플의 측정을 가능하게 하는 측정 구조물을 포함한다. 유체 구조물은 생물학적 샘플을 수용하도록 구성된다. 예를 들어, 카트리지는 생물학적 샘플을 수용하도록 되어 있는 수용기의 입구를 가질 수 있다.
본 방법은 생물학적 샘플을 유체 구조물에 배치하는 단계를 포함한다. 본 방법은 유체 구조물을 사용하여 생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위한 카트리지의 회전 속도를 제어하는 단계를 더 포함한다. 회전 속도 및 상이한 회전 속도들에서의 기간을 제어함으로써, 디스크 또는 카트리지는 생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하는데 사용될 수 있다. 본 방법은 유체 챔버를 유체로 충전하는 단계를 더 포함한다. 상이한 실시형태들에 있어서, 이는 상이한 방식들로 달성될 수 있고, 예를 들어 카트리지내의 저장기는 개방될 수 있거나 외부 공급원은 유체 챔버안으로 유체를 분배하는데 사용될 수 있다. 본 방법은 유체 챔버로부터의 유체를 제 1 덕트를 통하여 분취 챔버까지 운반하기 위해 카트리지의 회전 속도를 제어하는 단계를 더 포함한다. 다른 실시형태들에 있어서, 이는 상이한 방식들로 달성될 수 있고, 예를 들어 일부 실시예들에서 유체 챔버는 분취 챔버보다 회전축에 더 근접하게 될 수 있다. 이러한 경우에, 회전 속도를 증가시킴으로써, 유체는 원심력을 사용하여 제 1 덕트를 통하여 가압될 수 있다. 다른 실시예들에서, 제 1 덕트는 예를 들어 사이펀일 수 있다. 사이펀은 예를 들어 모세관 작용 및 원심력들을 사용하여 유체를 자동적으로 유동시킬 수 있다. 이러한 경우에, 카트리지의 회전 속도를 감소시켜 유체가 사이펀을 충전시킬 수 있고, 회전 속도를 증가시켜 유체가 유체 챔버에서부터 분취 챔버로 유동될 수 있다.
본 방법은, 저장기내의 유체가 제 2 덕트안으로 유동하여 계량 챔버를 첫번째로 충전하도록 카트리지의 회전 속도를 감소시키는 것을 더 포함한다. 모세관력들은 유체를 분취 챔버로부터 제 2 덕트로 그 후에 계량 챔버로 유동시킨다. 원심력에 의한 카트리지의 스피닝은 상기 모세관력에 대항하는데 사용될 수 있다. 카트리지의 회전 속도가 감소되면, 그 후에 이는 모세관 작용이 유체를 계량 챔버안으로 흡인시키도록 한다. 또한, 카트리지의 회전 속도를 감소시키는 작동은 유체에 힘을 유발하여, 유체를 계량 챔버안으로 가압시킬 수 있다. 본 방법은, 계량 챔버로부터의 유체의 제 1 부분을 밸브를 통하여 전달하고 그리고 제 1 잔류 부분을 분취 챔버로 다시 전달하도록 카트리지의 회전 속도를 증가시키는 단계를 더 포함한다.
본 방법은, 저장기내의 유체가 제 2 덕트안으로 유동하여 계량 챔버를 두번째로 충전하도록 카트리지의 회전 속도를 감소시키는 단계를 더 포함한다. 본 방법은, 계량 챔버로부터의 유체의 제 2 부분을 밸브를 통하여 전달하고 그리고 제 2 잔류 부분을 분취 챔버로 다시 전달하도록 카트리지의 회전 속도를 증가시키는 단계를 더 포함한다. 유체의 분취를 2 번 재생성하는 것이 기재되어 있지만, 계량 챔버를 효과적으로 충전시키도록 분취 챔버내에 충분한 유체가 있는 한, 유체의 분취는 여러 번 반복될 수 있다. 본 방법은 측정 구조물 및 측정 시스템을 사용하여 측정을 실시하는 단계를 더 포함한다.
본 방법은 유체가 분취 챔버로부터 하류측 유체 요소까지 다수회 전달될 수 있는 장점을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 측정은 광학 측정이다. 이러한 측정은, 비한정적으로, 광도 투과 측정, 광 산란 측정, 화학발광, 형광, 및 전기화학발광 (ECL) 측정을 포함할 수 있다.
본 방법은, 하류측 유체 요소에 유체의 다수회 분취를 실시하는 수단을 제공할 수 있기 때문에 유리할 수 있다.
다른 실시형태에서, 계량 챔버는 측벽들 및 중심 구역을 가진다. 측벽들은 중심 구역으로부터 멀리 테이퍼진다. 계량 챔버의 측벽들 옆의 모세관 작용은, 계량 챔버의 중심 구역에서보다 더 크다.
다른 실시형태에 있어서, 카트리지는 계량 챔버에 연결된 통기구를 더 포함한다. 통기구는 계량 챔버보다 회전축에 더 근접하다. 통기구는 예를 들어 가스가 계량 챔버에 유입하거나 유출할 수 있도록 연결될 수 있다. 이는 유체가 계량 챔버에 유입하거나 유출할 수 있도록 할 수 있다.
다른 실시형태에서, 카트리지는 통기구를 가진 팽창 챔버를 더 포함한다. 팽창 챔버는 계량 챔버에 연결된다. 계량 챔버에서의 모세관 작용은 팽창 챔버에서의 모세관 작용보다 더 크다. 팽창 챔버는 계량 챔버보다 회전축에 더 근접하다.
다른 실시형태에서, 계량 챔버와 팽창 챔버 사이의 경계부는 모세관 밸브 또는 모세관 정지 밸브로서 형성된다. 상기 실시형태에서, 계량 챔버의 단면은 팽창 챔버의 더 큰 단면 쪽으로 단차식으로 증가한다. 그리하여, 유체는, 추가의 힘들이 적용되지 않으면, 계량 챔버로부터 팽창 챔버안으로 유동하지 않는다.
이 실시형태는에서는, 계량 챔버가 우선 중심 구역을 둘러싸는 측벽들에서 그리고 그 후에 중심 구역에서 충전하는 장점을 가질 수 있다. 이는 계량 챔버를 예측가능하고 제어가능한 방식으로 충전하여, 기포들이 형성되거나 부착될 기회를 저감시킨다.
기포들의 형성은 계량된 양의 유체를 분배하기 위해 대부분의 미세유체 구조물들이 두번 이상 사용되는 것을 방지하다. 예를 들어, 특허출원 US 2009/0246082 A1 에는 과유동 챔버 또는 채널에서 다양한 위치들에 위치된 에어홀들의 용도가 개시되어 있다. 예를 들어 US 2009/0246082 A1 의 도 3, 도 4 및 도 5 를 참조하면 된다. 도 5(a) 의 챔버 (13) 는 본질적으로 사이펀이다. 하지만, 도 5(a) 에 도시된 바와 같이 사이펀들의 굽힘부에 에어홀을 위치시킴으로써, 전술한 바와 같이 측벽들과 중심 구역을 가진 계량 챔버를 갖도록 유체의 반복가능한 분취가 가능하지 않다. 이러한 잠재적인 장점은 이하 보다 자세히 설명된다.
마찬가지로, EP 2302396 A1 에 개시된 분취 구조물은 여러 개의 분취물들 (aliquots) 에서 유체의 평행한 분리를 가능하게 하지만 또한 회전축에 가장 근접한 위치에서만 공기가 통하게 하는 통기 구조물을 사용한다. 예를 들어 EP 2302396 A1 의 도 55 및 대응 내용을 참조하면 된다. 도면에 도시된 구조물은 유체로 충전되어야 하는 기다란 모세관 채널을 특징으로 한다. 이 채널은 하류측 챔버들에 대하여 여러 개의 통기구들과 연결부들을 특징으로 한다.
EP 2302396 A1 의 도 42 에서, 사이펀 (215b) 은 챔버 (210b) 와 다른 챔버 (209c) 를 연결한다. 회전축 (107) 에 가장 근접한 사이펀 (215b) 의 지점에 통기구를 배치함으로써, 기포 형성 위험으로 인해 동일한 양의 유체를 매번 신뢰가능하게 분취할 수 없다. EP 2302396 에 도시된 구조물들은 이하의 단점들을 가지는데: 제 2 분취 단계를 위한 이러한 구조물의 재충전이 매우 신뢰가능하지 않다. 제 2 분취 단계에 대해서, 모세관은 다시 충전되어야 한다. 모세관의 벽들이 여전히 습윤상태이면, 충전 프로세스는 제 1 분취 단계의 초기 충전 프로세스와는 상이하다. 유체는 채널들의 중심을 따라서기 보다는 채널의 벽들을 따라서 상당히 더 신속하게 이동한다. 작은 채널 직경으로 인해, 하나의 채널 벽에서 처리하는 유체는 다른 채널 벽의 유체와 종종 접촉하게 된다. 이는 채널을 막히게 하는 기포의 형성을 유발한다. 이러한 영향은, 표면 인장이 낮은 유체들 (예를 들어, 세정 완충제들) 이 분취되면 상당히 증가하게 된다. 기포 형성 가능성은 충전할 모세관의 길이에 따라서 증가한다.
실시한 실험들에서는, 반복적인 분취 단계들에서 긴 모세관들이 신뢰가능하게 사용될 수 없음을 나타낸다. 굽힘부 근방에 단일의 기다란 모세관 및 통기구를 가진 구조물이 구성되었다. 시험들 동안, 기포들은 액체의 제 2 분취가 시도되면 통기구를 일관성있게 막았다.
본 실시형태는 일련의 정확한 분취 단계들을 가능하게 하는 다른 장점을 가질 수 있다. 상기 구조물에서는 4 개의 벽들로 "폐쇄된" 모세관이 완전히 방지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유체는 제 2 덕트를 통과할 수 있고 그리고 음의 가속으로 디스크의 회전을 정지시킴으로써 유체의 관성으로 인해 계량 챔버에 도달할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 2 덕트는 모세관으로서 작용하지 않는다. 일부 실시형태들에서, 유체는 제 2 덕트를 통과할 수 있고 그리고 관성에 의해 유발된 힘과 모세관력들 둘 다로 인해 계량 챔버에 도달할 수 있다. 계량 챔버에서, 측벽들은 외부 벽들에서 중심 구역보다 더 큰 모세관 작용으로 인해 유체를 안내는 안내 구조물들로서 기능할 수 있다. 측벽들이 충전된 후에, 계량 챔버의 중심부는 또한 모세관력들에 의해 충전될 수 있다. 안내 구조물은 기포 형성 또는 부착을 방지하는 3 개의 벽들을 포함하는 "개방" 모세관 구조물을 특징으로 한다. 회전축에 가장 근접한 계량 챔버의 에지는 팽창 챔버와 경계를 이룬다. 일부 실시예들에서, 계량 챔버의 중심부는 그 전체 폭에 걸쳐서 팽창 챔버와 경계를 이룬다. 이는, 계량 챔버에서 기포 형성 위험을 방지하거나 저감시킬 수 있고, 이는 동일한 미세유체 구조물을 사용하여 다수의 후속의 분취들을 위한 계량 챔버의 정확한 계량 및 신뢰가능한 재충전을 가능하게 할 수 있다.
전술한 잠재적인 장점들 이외에, US 2009/0246082 에서의 유체 구조물은 본 실시형태와 비교했을 때 추가의 단점을 가진다. 과유동 챔버 (15) (US 2009/0246082 의 도 5(c) 참조) 는 본 실시형태와는 반대로 과잉의 유체를 유지 및 보유하는데 사용된다. 과잉의 유체는 과유동 챔버 (15) 에서 포획된다. 본 실시형태에서, 분취 챔버에서의 유체는 계량 챔버로 전달될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 유체의 제 1 부분은 유체의 제 2 부분과 동일한 용적을 가진다. 일부 실시형태들에서, 제 1 잔류부는 제 2 잔류부와 동일한 용적을 가진다.
제 1 잔류부와 제 2 잔류부는, 계량 챔버내에 있지만 카트리지의 회전 속도가 증가할 때 분취 챔버로 다시 전달되는 유체의 일부이다.
일부 실시형태들에서, 카트리지의 회전은, 회전 방향이 먼저 분취 챔버를 통과한 후에 계량 챔버를 통과하도록 되어 있다. 이러한 방식으로 실시하면, 카트리지가 감속되면, 유체의 관성은 물론 제 2 덕트안으로 유체를 가압하고 그리고 계량 챔버의 충전을 보조한다.
다른 실시형태에서, 본 방법을 실시하는 동안, 카트리지는 수평 방향으로 배향된다. 대안으로서, 회전축은 수직인 것으로 설명될 수 있다.
다른 실시형태에서, 밸브는 모세관 밸브 또는 모세관 정지 밸브이다.
본원에 사용된 모세관 밸브 또는 모세관 정지 밸브는, 유체가 모세관 정지 밸브를 통하여 유동하지 못하도록 유체의 모세관력을 사용하는 밸브 또는 구조물이다. 예를 들어, 직경이 충분히 작은 튜브는 튜브안으로 유체를 흡인하고 그리고 모세관력은 유체가 튜브 외부로 유동하는 것을 방지한다. 이러한 튜브의 경우에 대하여, 튜브의 입구와 출구는 모세관 정지 밸브들로서 기능한다. 일부 실시예들에서, 사이펀 출구 자체는 사이펀 출구가 모세관 정지부로서 기능하기에 (인접한 유체 구조물들과 챔버들에 비하여) 충분히 작은 치수를 가질 수 있다.
다른 실시형태에서, 밸브는 개방 및 재밀봉될 수 있는 마이크로밸브이다. 예를 들어, 마이크로-히터가 매립된 파라핀계 밸브가 사용될 수 있다.
다른 실시형태에서, 계량 챔버의 측벽들은 팽창 챔버와 경계를 이룬다.
다른 실시형태에서, 측벽들은 회전축에 가장 근접한 구역을 가지고, 이 구역은 팽창 챔버와 경계를 이루고 그리고 이 팽창 챔버로 개방한다.
다른 실시형태에서, 계량 챔버의 중심 구역은 팽창 챔버와 경계를 이룬다.
다른 실시형태에서, 중심 구역은 회전축에 가장 근접한 존 (zone) 을 가지고, 이 중심 구역은 팽창 챔버와 경계를 이루고, 그리고 이 팽창 챔버로 개방한다.
다른 실시형태에서, 측정 챔버는 계량 챔버와 팽창 챔버 사이에 경계부를 가진다. 경계부는 밸브의 폭보다 적어도 5 배 더 길다.
다른 실시예에서, 마이크로밸브는 Park 등의 "Multifunctional Microvalves Control by Optical Illumination on Nanoheaters and Its Application in Centrifugal Microfluidic Devices" (Lab Chip, 2007, 7, 557-564 쪽) 라는 논문에 기재된 바와 같이 자성유체 기반의 밸브일 수 있다.
다른 실시형태에서, 유체 구조물은 미세유체 구조물이다.
다른 실시형태에서, 계량 챔버로부터의 유체의 제 1 부분을 밸브를 통하여 전달하도록 카트리지의 회전 속도를 증가시키는 단계는, 유체의 잔류부를 분취 챔버에 다시 전달하도록 카트리지의 회전 속도를 제 1 회전 속도로 증가시키는 것과, 계량 챔버로부터의 유체의 제 1 부분을 밸브를 통하여 전달하도록 카트리지의 회전 속도를 제 2 회전 속도로 증가시키는 것을 포함한다. 카트리지가 제 1 회전 속도에서 더 높은 속도로 회전되면, 원심력은 어떠한 모세관력보다 더 크게 되고, 이는 유체를 계량 챔버안으로 흡인한다. 그 후, 유체 레벨이 덕트 출구의 최저 레벨과 동일해질 때까지, 유체는 계량 챔버 외부로 가압된다. 그 후, 제 2 회전 속도를 증가시킴으로써 밸브를 통하여 유체를 가압한다. 일부 실시예들에서, 밸브는 개방된다. 예를 들어, 자성유체 또는 파라핀계 마이크로밸브가 사용된다. 이 실시형태는 유체의 정확성을 증가시키는 이점을 가질 수 있고, 이 유체는 하류측 유체 요소로 분배된다. 이에 대한 대안으로서, 카트리지는 단순히 밸브를 통하여 유체를 가압하기에 충분히 빠른 속도에서 회전된다. 이는, 제 1 회전 속도와 제 2 회전 속도가 사용되면 정량의 유체가 하류측 유체 요소로 전달되도록 할 수 있다. 다른 대안에서, 밸브가 마이크로밸브를 제어가능하게 밀봉가능하거나 개방가능하면, 카트리지는 유체의 잔류부를 분취 챔버안으로 다시 가압하도록 회전 속도에서 작동될 수 있다. 이를 완료한 후에, 마이크로밸브는 개방되고 그리고 회전은 계량 챔버로부터의 유체를 하류측 유체 요소안으로 가압한다. 대안으로서, 마이크로밸브를 재사용가능한 사이펀으로 교체할 수 있다.
일부 실시예들에서, 유체는 모세관력들에 의해 계량 챔버안으로 흡인될 수 있다. 회전 속도의 감소는 유체를 연결 덕트에 대하여 스플래시 또는 이동시키고 그리고 그 후에 모세관력들은 계량 챔버를 충전할 수 있다. 유체의 제 1 부분을 전달하도록 카트리지의 회전 속도를 증가시킴으로써, 유체를 계량 챔버안으로 흡인하는 어떠한 모세관력들을 또한 없애는 효과를 가질 수 있다.
다른 실시형태에서, 계량 챔버로부터의 유체의 제 1 부분을 밸브를 통하여 전달하도록 카트리지의 회전 속도를 증가시키는 단계는, 유체의 잔류부를 분취 챔버에 다시 전달하도록 카트리지의 회전 속도를 제 1 회전 속도로 증가시키는 것과, 계량 챔버로부터의 유체의 제 1 부분을 밸브를 통하여 전달하도록 카트리지의 회전 속도를 제 2 회전 속도로 증가시키는 것을 포함한다. 카트리지가 제 1 회전 속도에서 더 높은 속도로 회전되면, 원심력은 어떠한 모세관력보다 더 크게 되고, 이는 유체를 계량 챔버안으로 흡인한다. 그 후, 유체 레벨이 덕트 출구의 최저 레벨과 동일해질 때까지, 유체는 계량 챔버 외부로 가압된다. 제 2 회전 속도를 증가시킴으로써 밸브를 통하여 유체를 가압한다. 일부 실시예들에서, 밸브는 개방된다.
다른 실시형태에서, 자성유체 또는 파라핀계 마이크로밸브가 사용된다. 이 실시형태는 유체의 정확성을 증가시키는 이점을 가질 수 있고, 이 유체는 하류측 유체 요소로 분배된다. 이에 대한 대안으로서, 카트리지는 단순히 밸브를 통하여 유체를 가압하기에 충분히 빠른 속도에서 회전된다. 이는, 제 1 회전 속도와 제 2 회전 속도가 사용되면 정량의 유체가 하류측 유체 요소로 전달되도록 할 수 있다. 다른 대안에서, 밸브가 제어가능하게 밀봉가능하거나 개방가능한 마이크로밸브이면, 카트리지는 유체의 잔류부를 분취 챔버안으로 다시 가압하도록 회전 속도에서 작동될 수 있다. 이를 완료한 후에, 마이크로밸브는 개방되고 그리고 회전은 계량 챔버로부터의 유체를 하류측 유체 요소안으로 가압한다.
다른 실시형태에서, 계량 챔버로부터의 유체의 제 2 부분을 밸브를 통하여 전달하도록 카트리지의 회전 속도를 증가시키는 단계는, 유체의 잔류부를 분취 챔버에 다시 전달하도록 카트리지의 회전 속도를 제 1회전 속도로 증가시키는 것과, 계량 챔버로부터의 유체의 제 2 부분을 밸브를 통하여 전달하도록 카트리지의 회전 속도를 제 2 회전 속도로 증가시키는 것을 포함한다.
일 실시예에서, 분취 챔버는 대략 2.5 mm 의 깊이와 4.0 mm 의 폭을 가진다. (회전축 쪽으로) 반경 방향으로의 높이는 6 mm 일 수 있다.
일 실시예에서, 계량 챔버는 0.8 mm 의 깊이와 3.8mm 의 폭을 가질 수 있다. 팽창 챔버가 없는 높이는 대략 7.0 mm 일 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 덕트는 0.5 mm 의 깊이와 1 mm 의 폭을 가진다. 다른 실시예들에서, 제 2 덕트의 깊이는 0.1 mm ~ 1 mm 이다. 다른 실시예들에서, 제 2 덕트는 0.1 ~ 1.5 mm 폭을 가진다. 깊이는 회전축 방향이고, 폭은 회전축에 수직한 평면에 놓인다.
다른 양태에서, 본원은 자동 분석기용 카트리지를 제공한다. 카트리지는 회전축을 중심으로 스핀되도록 작동가능하다. 카트리지는 유체를 수용하기 위한 유체 챔버를 포함한다. 카트리지는 분취 챔버를 더 포함한다. 카트리지는 유체 챔버와 분취 챔버를 연결하는 제 1 덕트를 더 포함한다. 카트리지는 모세관 작용을 사용하여 유체가 계량 챔버를 충전시키도록 작동가능한 계량 챔버를 더 포함한다.
카트리지는 계량 챔버와 분취 챔버를 연결하는 제 2 덕트를 더 포함한다. 제 2 덕트는 분취 챔버에서 덕트 입구를 포함한다. 제 2 덕트는 계량 챔버에서 덕트 출구를 더 포함한다. 덕트 출구는 덕트 입구보다 회전축에 더 근접하다. 제 2 덕트는 모세관 작용을 사용하여 유체가 계량 챔버로 유동하도록 작동가능하거나 구성된다. 제 2 덕트는 모세관력들을 유발하기에 충분히 작은 특징적인 치수를 사용하여 유체를 계량 챔버로 유동시키도록 작동가능하게 형성될 수 있다.
카트리지는 하류측 유체 요소를 더 포함한다. 하류측 유체 요소는 밸브를 통하여 계량 챔버에 연결된다. 카트리지는 생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위한 유체 구조물을 더 포함한다. 유체 구조물은 하류측 유체 요소를 포함한다. 하류측 유체 요소는 유체 구조물에 유체 연결된다. 유체 구조물은 처리된 생물학적 샘플의 측정을 가능하게 하는 측정 구조물을 포함한다. 유체 구조물은 생물학적 샘플을 수용하도록 구성된다.
다른 실시형태에서, 분취 챔버는 상부와 하부를 가진다. 상부는 하부보다 회전축에 더 근접하다. 계량 챔버는 상부를 가진다. 계량 챔버는 하부를 가진다. 상부는 하부보다 회전축에 더 근접하다. 덕트 출구는 계량 챔버의 상부내에 있다. 덕트 입구는 분취 챔버의 하부내에 있다.
다른 실시형태에서, 제 2 덕트 및 분취 챔버의 단면도는 물뿌리개 (watering can) 와 유사하게 형성화된다.
다른 실시형태에서, 계량 챔버는 계량 챔버 표면을 가진다. 계량 챔버 표면은 적어도 부분적으로 라운딩처리된다. 상기 실시형태에서, 계량 챔버내에 기포가 형성되거나 부착되는 가능성을 저감시키도록 그리고 유체에 의한 계량 챔버의 완전 충전을 향상시키도록 계량 챔버에는 경질 코너들이 방지된다. 기포들은 계량 챔버에 저장될 수 있는 유체의 용적을 변경하기 때문에, 계량 챔버에서 기포들을 방지하는 것이 바람직할 수 있다. 계량 챔버의 충전 동안 기포들이 형성되면, 하류측 유체 요소로 일관성 없는 양의 유체가 전달될 수 있다.
다른 실시형태에서, 계량 챔버는 측벽들과 중심 구역을 가진다. 측벽들은 중심 구역으로부터 멀리 테이퍼진다. 중심 구역으로부터 멀리 테이퍼진 측벽들을 가짐으로써, 중심 구역 영역보다는 측벽들 근방에서 더 큰 모세관 작용을 유발할 수 있다. 이는 먼저 유체로 측벽들을 충전시키고 그리고 이는 계량 챔버에서 기포 형성 가능성을 저감시킬 수 있다.
다른 실시형태들에서, 계량 챔버는 측벽들을 가진다. 계량 챔버의 프로파일은 측벽들 쪽으로 테이퍼진다.
다른 실시형태에서, 계량 챔버의 측벽들 옆에서의 모세관 작용은 계량 챔버의 중심 구역에서보다 더 크다. 이는, 중심 구역 이전에 측벽들을 유체로 충전시키도록 할 수 있다.
다른 실시형태에서, 측벽들은 계량 챔버에서의 기포의 형성 및/또는 부착을 방지하도록 중심 구역 이전에 유체로 충전하도록 작동가능하다.
다른 실시형태에서, 계량 챔버의 모세관 작용은 제 2 덕트에서 모세관 작용보다 더 크다. 이는 계량 챔버를 유체로 충전하는데 보조할 수 있다.
다른 실시형태에서, 카트리지는 통기구를 가진 팽창 챔버를 더 포함한다. 팽창 챔버는 계량 챔버에 유체 연결된다. 계량 챔버에서의 모세관 작용은 팽창 챔버에서의 모세관 작용보다 더 크다. 팽창 챔버는 계량 챔버보다 회전축에 더 근접하다. 이러한 팽창 챔버의 사용으로 공기는 계량 챔버를 균일하게 나올 수 있다. 이는, 계량 챔버에서 기포들의 형성 또는 부착 가능성을 더 저감시킬 수 있다.
다른 실시형태에서, 계량 챔버는 상부 에지 또는 표면을 가진다. 상부 에지 또는 표면은 계량 챔버의 나머지보다 회전축에 더 근접한 계량 챔버의 경계부이다. 상기 실시형태에서, 계량 챔버의 전체 상부 섹션 또는 경계부는 팽창 챔버안으로 개방할 수 있다. 이는, 계량 챔버에서 충전할 때 기포들의 형성 또는 부착 가능성을 더 저감시킬 수 있다.
다른 실시형태에서, 팽창 챔버는 분취 챔버보다 회전축에 더 근접하다. 이는, 팽창 챔버가 유체로 충전하는 가능성을 저감시키기 때문에 유리할 수 있다.
다른 실시형태에서, 카트리지는 유체로 충전된 저장기를 더 포함한다. 저장기는, 개방되고 그리고 유체를 유체 챔버에 전달하도록 구성된다. 카트리지는, 예를 들어 저장기를 개방하는데 사용될 수 있는 저장기 개방 요소를 가질 수 있다. 또한, 액츄에이터는 저장기 개방 요소를 작동 또는 활성화시키는데 사용될 수 있는 가능성이 있다. 예를 들어, 자동 분석기는 저장기를 개방시켜 저장기에 포함된 유체가 유체 챔버에 유입하도록 저장기 또는 이 저장기에 부착된 메카니즘을 작동시키는 디바이스를 가질 수 있다.
저장기는, 예를 들어 얇은 필름 또는 호일일 수 있는 예를 들어 제거가능한 또는 천공가능한 밀봉부로 밀봉될 수 있다. 예를 들어, 작은 피스의 금속 호일 또는 플라스틱의 얇은 필름은 천공가능한 밀봉부로서 사용될 수 있다. 유체 챔버 또는 카트리지의 다른 구성품은 천공가능한 밀봉부를 개방하기 위한 천공 구조물을 가질 수 있다. 천공 구조물은 특정 천공가능한 밀봉부를 천공할 수 있는 어떠한 구조물일 수 있고 그리고 예를 들어 핀, 란스, 또는 날카로운 에지일 수 있다. 다른 실시예들에서, 제거가능한 밀봉부는 저장기를 개방하도록 벗겨질 수 있다.
다른 실시형태에서, 유체 챔버 또는 이 유체 챔버에 연결된 유체 수용 구조물은 유체를 유체 챔버에 분배하기 위한 투여 니들을 수용하도록 구성된다. 이는, 예를 들어 수동으로 실시될 수 있거나 또는 자동 분석기는 유체 챔버 또는 유체 수용 구조물에 유체를 자동적으로 분배하는 투여 니들을 가질 수 있다.
다른 실시형태에서, 유체는 이하: 분산물, 나노입자들을 포함하는 유체, 혈액형 판정 시약을 포함하는 유체, 면역 시약을 포함하는 유체, 항체를 포함하는 유체, 효소를 포함하는 유체, 효소 반응을 위한 1 개 이상의 기재들을 포함하는 유체, 형광 발광 분자들을 포함하는 유체, 면역화학 반응을 측정하기 위한 분자들을 포함하는 유체, 핵산의 반응을 측정하기 위한 분자들을 포함하는 유체, 재조합 단백질을 포함하는 유체, 바이러스 격리물을 포함하는 유체, 바이러스를 포함하는 유체, 생화학적 시약을 포함하는 유체, 용제, 희석제, 완충제, 단백질을 포함하는 유체, 염을 포함하는 유체, 세제, 핵산을 포함하는 유체를 포함하는 유체, 산을 포함하는 유체, 염기를 포함하는 유체, 수용액, 비수용액 및 이들의 조합물 중 어떠한 하나이다.
다른 실시형태에서, 측정 구조물은 2 개 이상의 전극들 및/또는 광학 측정 구조물을 포함한다. 측정 시스템은 전기 측정을 위한 시스템을 포함한다. 측정 시스템은 광학 측정을 위한 시스템을 포함한다.
일부 실시형태들에서, 광학 측정 구조물은 투명 구조물일 수 있다. 측정 시스템은 광학 측정 시스템을 포함한다.
일부 실시예들에서, 광학적으로 투명은 근적외선 및 근자외선을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 광학적으로 투명은 근적외선 또는 근자외선을 배제할 수 있다.
일부 실시예들에서는 투명 구조물을 가진 측정 구조물 또한 보다 복잡한 시험들을 위한 전극 둘 다를 가질 수 있다. 예를 들어, 측정 구조물은 전기화학발광 측정들을 위한 구조물일 수 있고, 여기에서 전극들은 샘플에서 광학 여기를 유발한다.
다른 실시예들에서, 측정 구조물은 처리된 생물학적 샘플의 전기 측정 또는 ECL 측정을 하기 위한 2 개 이상의 전극들을 포함한다. 예를 들어, Martinez-Duarte 등 또는 Kim 등의 측정 구조물들은 카트리지에 포함될 수 있다.
실시예들은 또한 전극만을 가질 수 있다. 예를 들어, 전기화학 검출 구조물에서 전극은 효소 반응에 의해 유발되는 전류를 측정하는데 사용될 수 있다.
다른 실시형태에서, 카트리지는 유체 연결을 통하여 분취 챔버에 연결된 여분의 유체 챔버를 더 포함한다. 유체 연결부는 유체 연결 입구를 포함한다. 유체 연결 입구는 덕트 출구보다 회전축으로부터 더 멀리 있다. 이는, 분취 챔버에서 최대 유체 레벨이 덕트 출구 아래에 있다는 의미이기 때문에 유리할 수 있다.
다른 양태에서, 본원은 일 실시형태에 따른 카트리지를 수용하도록 구성된 자동 분석기를 제공한다. 자동 분석기는 카트리지 스피너, 측정 시스템 및 자동 분석기를 제어하도록 구성된 제어기를 포함한다.
제어기는, 유체 구조물을 사용하여 생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위해 카트리지 회전 속도를 제어하기 위해 카트리지 스피너를 제어하도록 구성 또는 프로그래밍된다. 제어기는 추가로 유체 챔버로부터의 유체를 제 1 덕트를 통하여 분취 챔버로 운반하기 위해 카트리지의 회전 속도를 제어하기 위해 카트리지 스피너를 제어하도록 구성 또는 프로그래밍된다.
제어기는, 추가로 저장기의 유체를 제 2 덕트안으로 유동시키도록 가압하고 그리고 계량 챔버를 첫번째로 충전하도록 카트리지 스피너를 제어하도록 구성 또는 프로그래밍된다. 제어기는, 추가로 계량 챔버로부터의 유체의 제 1 부분을 밸브를 통하여 전달하고 그리고 제 1 잔류부를 분취 챔버안으로 다시 전달하기 위해 카트리지의 회전 속도를 증가시키기 위해 카트리지 스피너를 제어하도록 구성 또는 프로그래밍된다. 제어기는, 추가로 저장기의 유체를 제 2 덕트안으로 유동시키도록 가압하고 그리고 계량 챔버를 두번째로 충전하도록 카트리지 스피너를 제어하도록 구성 또는 프로그래밍된다.
제어기는, 추가로 계량 챔버로부터의 유체의 제 2 부분을 밸브를 통하여 전달하고 그리고 제 2 잔류부를 분취 챔버안으로 다시 전달하기 위해 카트리지의 회전 속도를 증가시키기 위해 카트리지 스피너를 제어하도록 구성 또는 프로그래밍된다. 제어기는 추가로 측정 구조물을 사용하여 측정을 실시하도록 측정 시스템을 제어하도록 구성 또는 프로그램밍된다.
본원의 전술한 실시형태들 중 하나 이상은 조합된 실시형태들이 상호 배제하지 않는 한 조합될 수 있음을 이해할 것이다.
본원의 이하의 실시형태들에서는 도면들을 참조하여 실시예의 방식으로만 보다 상세히 설명된다.
도 1 은 유체의 다수의 분취들을 실시하기 위한 유체 요소들을 도시한다.
도 2 는 계량 챔버의 단면도를 도시한다.
도 3 은 유체 요소들을 포함하는 카트리지의 일 실시예를 도시한다.
도 4 는 도 1 의 유체 요소들을 사용하여 분배 유체를 실시하는 방법의 일부를 도시한다.
도 5 는 도 1 의 유체 요소들을 사용하여 분배 유체를 실시하는 방법의 일부를 추가로 도시한다.
도 6 은 도 1 의 유체 요소들을 사용하여 분배 유체를 실시하는 방법의 일부를 추가로 도시한다.
도 7 은 도 1 의 유체 요소들을 사용하여 분배 유체를 실시하는 방법의 일부를 추가로 도시한다.
도 8 은 도 1 의 유체 요소들을 사용하여 분배 유체를 실시하는 방법의 일부를 추가로 도시한다.
도 9 는 도 1 의 유체 요소들을 사용하여 분배 유체를 실시하는 방법의 일부를 추가로 도시한다.
도 10 은 도 1 의 유체 요소들을 사용하여 분배 유체를 실시하는 방법의 일부를 추가로 도시한다.
도 11 은 자동 분석기의 일 실시예를 도시한다.
도 12 는 도 11 의 자동 분석기를 작동하는 방법을 나타내는 순서도를 도시한다.
도면들에서 동일한 도면부호는 균등의 요소들이거나 동일한 기능을 실시한다. 미리 설명된 요소들은, 그 기능이 상응한다면, 후속의 도면들에서 반드시 설명되는 것은 아니다.
이종 면역화학 검사들에 대해서, 세정 완충제는 종종 시험 감도 및 재생산성을 증가시키기 위해서 분리 또는 세정 단계들을 실시할 필요가 있다. 임상 화학 시험들에 대해서 완충제들은 종종 샘플 희석 또는 생화학적 반응들을 필요로 한다. POC (Point of Care) 일회용품들 (disposables) 을 위한 RiliBAEK (Richtlinie der Bundesaerztekammer) 가이드라인에 따르면, 모든 액체 시약들은 일회용품에 선 저장되어야 한다. 이러한 선 저장 용기들로부터, 배출된 유체 용적은 통상적으로 한번에 배출된다. 유체 용적을 분취물들로 분리해야 한다면, 복잡한 공간 소모적인 미세유체 구조물이 필요하다. 이러한 공간 소모는 패널들용 평행한 미세유체 구조물을 미세유체 일회용품들로의 이행을 종종 방해한다.
추가로, 사이펀들처럼 디스크 포맷의 일회용품들용으로 통상 사용되는 밸브들, 기하학적 밸브들 또는 소수성 밸브들은 한번만 사용될 수 있거나 사이펀들의 특정 변형예들은 여러 번 사용될 수 있지만 상호 연결된 챔버에서 유체 용적은 이 용적을 분취물들로 분리시킬 가능성 없이 밸브를 통하여 완전히 전달된다. 따라서, 선행 기술의 밸브들에 의해서, 선 저장 용기로부터의 유체 용적을 사이펀 밸브의 특징을 가진 미세유체 공동으로 배출하고 이 용적을 여러 개의 분취물들로 분리할 수 없다.
기하학적 밸브들의 단점은, 표면 장력이 감소된 유체의 제어가 가능하지 않다는 것이다. 이는 특히 세정 완충제들에 있어서 사실이다.
소수성 밸브들을 사용하는 단점은, 표면 장력이 감소된 유체의 제어가 가능하지 않다는 것이다. 이는 특히 세정 완충제들에 있어서 사실이다. 소수성 밸브들은 또한 한번만 사용될 수 있는 단점을 가진다.
선행 기술의 사이펀들의 단점은, 이 선행 기술의 사이펀들이 한번만 충전될 수 있다는 것이다. 사이펀을 사용한 후에 이 사이펀에 잔류하는 기포들이 사이펀의 두번째 충전을 방해한다. 추가로, 사이펀들은 상류측 챔버로부터의 사이펀의 반경방향 내부로 위치된 유체 용적 전부를 하류측 유체 요소로 전달한다.
도 1 은 다수의 유체 구성품들 (100) 을 도시한다. 유체 구성품들 (100) 은 디스크를 구성하는 유체 구성품들의 일부이다. 회전축 (102) 이 있다. 또한 유체 챔버 (104) 의 일부가 도면에 도시된다. 유체 챔버는 유체를 수용하거나 저장기를 가지도록 구성되고, 이 저장기는 분취 챔버 (108) 에 이어지는 유체 챔버 덕트 (106) 를 통하여 유체를 제공한다. 상기 실시예에서, 분취 챔버 (108) 는 우물 (well) 형상이다. 분취 챔버 (108) 와 계량 챔버 (112) 를 연결하는 제 2 덕트 (110) 가 있다. 제 2 덕트 (110) 는 덕트 입구 (114) 와 덕트 출구 (116) 를 가진다. 덕트 입구 (114) 는 분취 챔버 (108) 에 이어지고, 덕트 출구 (116) 는 계량 챔버 (112) 에 이어진다. 덕트 입구 (114) 는 제 2 덕트의 덕트 출구 (116) 보다 회전축 (102) 으로부터 더 멀다.
계량 챔버 (112) 는 튜브 (120) 를 통하여 하류측 유체 요소 (122) 에 연결된다. 상기 실시예에서, 튜브 (120) 와 하류측 유체 요소 (122) 사이에 밸브 (121) 가 있다. 상기 실시예에서 밸브 (121) 는 모세관 밸브이다. 밸브 (121) 는 상이한 방식들로 실시될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 튜브 (120) 는 모세관 밸브로서 기능할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 덕트는 동일한 위치에서 연결될 수 있고, 제어가능한 마이크로밸브가 대신 사용될 수 있다. 제어가능한 마이크로밸브는 계량 챔버 (112) 와 튜브 (120) 사이에 또는 튜브 (120) 와 하류측 유체 요소 (122) 사이에 배치될 수 있다.
팽창 챔버 (124) 는 계량 챔버 (112) 의 상부 에지 (126) 에서 경계를 이루는 것으로 도시되어 있다. 팽창 챔버 (124) 를 통기시키는 통기구 (128) 가 있다. 계량 챔버 (112) 와 팽창 챔버 (124) 사이의 전체 경계부가 개방된다. 이는 계량 챔버 (112) 에서 기포들이 형성하는 가능성을 저감시키는데 도움을 줄 수 있다. 일부 실시예들에서, 팽창 챔버 (124) 는 계량 챔버 (112) 의 두께보다 더 큰 두께를 가질 수 있다. 그 후, 모세관력들은 계량 챔버 (112) 에 유체를 유지하는데 사용될 수 있다. 점선 (130) 또한 A-A 는 계량 챔버 (112) 의 단면도의 위치를 도시한다. 이 단면도는 도 2 에 도시된다. 분취 챔버 (108) 는 또한 통기구 (128) 를 가진 것으로 도시될 수 있다. 덕트 입구 (114) 주변의 구역은 이 실시형태에서 퍼넬 형상이다. 또한, 분취 챔버 (108) 는 날카로운 에지들을 갖지 않는 것으로 도시되었음에 주의할 것이다. 날카로운 에지들이 없음으로써, 디스크가 감속되면 분취 챔버 (108) 로부터의 유체를 덕트 입구 (114) 로 이동시키는 것을 촉진시키는데 도움을 준다.
분취 챔버 (108) 는 또한 여분의 유체 챔버 (132) 로 이어지는 유체 연결부 (134) 에 대한 연결을 갖는 것으로 도시된다. 유체 연결부 (134) 는 유체 연결 입구 (136) 를 가진다. 유체 연결 입구 (136) 는 분취 챔버 (108) 에서 최대 유체 레벨을 규정한다. 분취 챔버 (108) 에서 최대 유체 레벨은 덕트 출구 (116) 보다 회전축 (102) 으로부터 더 멀다. 유체 연결부 (134) 는 상기 실시예에서 여분의 유체 챔버 (132) 에 연결된다. 밸브 또는 모세관 밸브의 사용은 선택적이다. 여분의 유체 챔버는 통기구 (128) 를 갖도록 도시되어 있고 그리고 또한 페일 세이프 챔버 (fail safe chamber; 140) 에 연결된다. 유체가 여분의 유체 챔버 (132) 안으로 유동하면, 페일 세이프 챔버 (140) 가 충전된다. 페일 세이프 챔버 (140) 는, 선택적으로 유체가 여분의 유체 챔버 (132) 에 유입하면 표시하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 사용중 페일 세이프 챔버 (140) 가 충전되지 않으면, 분취 챔버 (108) 가 유체로 적절하게 충전되지 않았음을 나타낼 수 있다.
도 2 는 도 1 에서 도면부호 130 으로 나타낸 프로파일 A-A 의 단면도 (200) 를 도시한다. 이 도면에서, 카트리지 (202) 의 본체를 볼 수 있다. 계량 챔버 (112) 용 본체 (202) 에 개구가 있다. 이 실시예에서 카트리지 (202) 의 본체는 사출 성형으로 제조된다. 카트리지의 본체는 리드 (208) 및 지지 구조물 (210) 로 조립된다.
계량 챔버의 먼 단부에서 밸브 (121) 안으로의 입구를 볼 수 있다. 계량 챔버 (112) 는 여러 개의 상이한 구역들로 나누어져 도시될 수 있다. 에지들상에는 2 개의 측벽들 구역들 (204) 이 있다. 2 개의 측벽들 구역들 또는 2 개의 측 구역들 사이에는 중심 구역 (206) 이 있다. 측벽 구역들 (204) 은 중심 구역 (206) 으로부터 보다 좁게 되거나 또는 멀리 테이퍼진다. 이는 상기 구역에서 계량 챔버 (112) 의 치수들을 좁게 만든다. 따라서, 모세관 작용은 중심 구역 (206) 에서보다 측벽 구역들 (204) 에서 더 높게 될 수 있다. 이는 먼저 중심 구역 (206) 이전에 측벽 구역에서 계량 챔버 (112) 를 유체로 충전시킬 수 있도록 한다. 이는, 계량 챔버 (112) 를 유체로 충전할 때 계량 챔버 (112) 에 형성 또는 포획되는 다수의 기포들을 사용하는 이점을 가질 수 있다.
도 3 에서는 카트리지 (300) 에 유체 구성품들 (100) 을 일체화하는 것을 도시한다. 카트리지 (300) 는 플랫하고 디스크 형상이며 회전축 (102) 을 가진 것으로 도시된다. 유체를 수용하도록 되어 있거나 작동가능한 유체 챔버 (104) 가 있다. 유체 (307) 로 충전된 유체 저장기 (306) 는 이러한 실시예에서 천공가능한 밀봉부 (308) 로 밀봉되고 그리고 유체 챔버 (104) 의 벽에 천공 요소 (310) 가 있다. 유체 저장기는, 천공가능한 밀봉부 (308) 를 천공 요소 (310) 와 접촉시키는 액츄에이터와 같은 장치에 의해 또는 수동적으로 조절될 수 있는 다수의 결합 표면들 또는 저장기 개방 요소들 (312) 을 가진다. 그러면, 이는 유체 챔버 (104) 를 유체 (307) 로 충전시킨다. 유체 챔버 (104) 는 제 1 덕트 (106) 에 연결되어 도시된다. 제 1 덕트 (106) 는 분취 챔버 (108) 에 연결된다. 디스크 (300) 가 회전축 (102) 을 중심으로 회전되면, 원심력은 유체 (307) 를 덕트 (106) 를 통하여 가압한다. 그러면, 이는 분취 챔버 (108) 를 유체 (307) 로 충전시킨다.
분취 챔버 (108) 는, 도 1 에 도시된 바와 같이, 계량 챔버 (112) 에 이어지는 제 2 덕트 (110) 에 연결되어 도시된다. 상기 실시예에서, 분취 챔버 (108) 는 디스크의 평면에 정렬된 평면 형상으로 놓여진다. 회전축은 평면에 수직하다. 분취 챔버 (108) 에는 여분의 유체 컨테이너 (132) 가 부착된다. 이는 선택적인 요소이다.
계량 챔버 (112) 는 튜브 (120) 를 통하여 하류측 유체 요소 (122) 에 연결되어 도시된다. 하지만, 계량 챔버 (112) 와 튜브 (120) 사이에 밸브 (121) 가 위치된다. 하류측 유체 요소 (122) 는 생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위한 유체 구조물 (336) 의 일부이다.
유체 구조물 (336) 은 다양한 덕트들과 사이펀들 (340) 에 의해 연결되는 다수의 유체 요소들 (338) 을 포함한다. 또한 유체 구조물 (336) 내에는 다수의 통기구들 (342) 이 있다. 이러한 실시예에서 생물학적 샘플을 유체 구조물 (336) 안에 배치시킬 수 있는 개구 (346) 가 있다. 또한 개구 (346) 를 폐쇄 및 밀봉시키는데 사용되는 커버 리드 (348) 가 있다. 유체 구조물 (336) 은 또한 측정 시스템을 사용하여 생물학적 샘플상에서 측정을 허용하는 측정 구조물 (344) 을 포함한다.
측정 시스템은 예를 들어 광학적, 전기적 또는 처리된 생물학적 샘플상에서 측정을 실시하기 위한 2 개의 시스템의 조합일 수 있다.
생물학적 샘플의 처리는 회전축을 중심으로 하는 회전 속도와 기간을 제어함으로써 제어될 수 있다. 사이펀들 (340) 은 모세관 작용을 사용하여 자동적으로 충전되도록 구성된다. 하지만, 회전축 (102) 을 중심으로 하는 충분히 큰 회전 속도는 모세관 작용에 대항하는 원심력을 형성한다. 따라서, 회전 속도 및 특정 속도에서 회전 기간을 제어함으로써, 생물학적 샘플의 처리는 또한 제어될 수 있다. 통상의 용도에서, 생물학적 샘플은 입구 (346) 에 배치될 수 있고, 시스템의 회전 속도는 제어될 수 있다. 그러면, 일부 지점에서, 액츄에이터 또는 다른 기계적 수단은, 저장기 개방 요소를 조절하는데 사용되고 그리고 천공 요소 (310) 가 천공가능한 밀봉부 (308) 를 천공시키도록 한다. 그러면, 회전은 분취 챔버안으로 유체를 가압할 수 있고, 카트리지 (300) 를 사용하여 다수의 분취들을 실시하는데 다양한 회전 속도를 사용할 수 있다.
도 4 ~ 도 10 에서는, 유체 구성품들 (100) 이 하류측 유체 요소 (122) 로의 다수의 유체 분취들을 실시하는데 사용될 수 있는 방법을 도시한다.
먼저, 도 4 에서 유체는 유체 챔버 (104) 에 추가된다. 그 후, 카트리지는 회전축 (102) 을 중심으로 스핀된다. 이는 유체 (307) 를 제 1 덕트 (106) 를 통하여 분취 챔버 (108) 안으로 이동시키도록 가압한다. 그러면, 유체 (307) 는 이 유체로 분취 챔버 (108) 및 제 2 덕트 (110) 의 대응하는 반경방향 외부의 일부를 충전한다.
도 5 에서는 도 4 에 도시된 바와 동일한 속도 및 동일한 방향 (400) 으로 스피닝하는 카트리지를 도시한다. 도 5 에서, 모든 유체는 유체 챔버 (104) 외부로 배출된다. 유체 (307) 는, 제 2 덕트 (110) 와 분취 챔버 (108) 를 유체 연결 입구 (136) 에 의해 설정된 최대 유체 레벨 (500) 로 충전되어 도시될 수 있다. 여분의 유체 (307) 는 여분의 유체 챔버 (132) 와 페일 세이프 챔버 (140) 에 충전되어 도시될 수 있다.
다음에 도 6 에서, 디스크는 이 디스크의 회전 속도를 정지시키거나 느리게 한다. 제 2 덕트 (110) 및 계량 챔버 (112) 에서 모세관 작용은 유체를 계량 챔버 (112) 안으로 흡인을 시작하여 도시된다. 유체 (307) 는 먼저 계량 챔버 (112) 의 주변 또는 에지를 충전한다. 이는 계량 챔버 (112) 내의 기포들의 형성 또는 부착을 방지한다. 카트리지가 신속하게 감속되면, 유체 (307) 의 관성은 또한 계량 챔버 (112) 에 유체가 유입하는 것을 도울 수 있다.
다음에, 도 7 에서 카트리지는 여전히 정지되어 또는 감소된 회전 속도에서 도시되고 그리고 계량 챔버 (112) 는 유체 (307) 로 완전히 충전된다. 카트리지 또는 디스크는 여전히 휴지된 것으로 상정될 수 있다.
도 8 은, 점선 (800) 이 계량 챔버 (112) 에 그려진 것을 제외하고 도 7 에 도시된 바와 동일한 도면을 도시한다. 계량 챔버 (112) 에서 이 점선 (800) 은 계량 챔버에서의 유체를 여러 개의 부분들 또는 일부들로 분리시킨다. 점선 (800) 으로부터 반경방향 내부의 (회전축 (102) 에 더 근접한) 유체 용적의 일부 또는 전체 유체 용적 (804) 은 저장기안으로 다시 유동할 수 있다. 반경방향 외부 (회전축 (102) 으로부터 더 먼) 부분 또는 부분 (802) 은 하류측 유체 요소 (122) 안으로 전달될 수 있다. 반경방향 내부 부분 (804) 은 유체의 잔류부라고 할 수 있고, 반경방향 외부 부분 (802) 은 하류측 유체 요소 (122) 안으로 전달된 유체 (802) 의 부분이라고 할 수 있다. 유체 (802) 의 용적은 분취물이다.
다음에, 도 9 에서, 디스크는 방향 (400) 으로 가속 및 스핀되기 시작한다. 디스크는, 예를 들어 도 1 및 도 2 에 도시된 속도에서 스핀할 수 있다. 디스크는 가속되고; 이는 모세관 밸브 (121) 를 개방시킨다. 유체 (804) 의 잔류부는 분취 챔버 (108) 로 다시 전달된다. 유체 (802) 의 일부는 하류측 유체 요소 (122) 에 전달되는 프로세스 중이다. 유체의 적하물 (drop) 은 튜브 (120) 로부터 적하되어 도시될 수 있다.
다음에, 도 10 에서, 유체 용적 (802) 은 하류측 유체 요소 (122) 에 완전히 전달되었고 그리고 도 10 에서는 더이상 볼 수 없다. 유체 (804) 의 잔류부는 분취 챔버 (108) 안으로 전달되었고 그리고 유체 (307) 와 혼합된다. 제 1 분취 단계가 완료되며; 이 프로세스는 도 6 으로부터 다시 반복될 수 있고 그리고 분취 챔버 (108) 내의 유체 용적 (307) 이 계량 챔버 (112) 의 용적보다 더 적어질 때까지 반복될 수 있다.
도 11 은 자동 분석기의 일예를 도시한다. 자동 분석기 (1100) 는 카트리지 (300) 를 수용하도록 되어 있다. 회전축 (102) 을 중심으로 카트리지 (300) 를 회전시키도록 작동가능한 카트리지 스피너 (1102) 가 있다. 카트리지 스피너 (1102) 는 카트리지 (1108) 의 일부에 부착되는 파지기 (1106) 에 부착된 모터 (1104) 를 가진다. 카트리지 (300) 는 측정 또는 투명 구조물 (1110) 을 가지도록 추가로 도시된다. 카트리지 (300) 는, 측정 구조물 (1110) 이 측정 시스템 (1112) 의 전방에 가도록 회전될 수 있고, 이 측정 시스템은 예를 들어 처리된 생물학적 샘플에 대한 광학 측정을 실시할 수 있다. 이전에 도시된 바와 같이 액츄에이터 (1104) 는 이 도면에 또한 도시된다. 이 액츄에이터는 카트리지 (100) 에서 유체 저장기들을 개방시키는데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 액츄에이터는 카트리지 (300) 의 유체 챔버를 충전하기 위한 투여 니들을 가진 분배기로 교체될 수 있다.
액츄에이터 (1111), 카트리지 스피너 (1102), 및 측정 시스템 (1112) 은 제어기 (1114) 의 하드웨어 인터페이스 (1116) 에 전부 연결되어 도시된다. 제어기 (1114) 는 하드웨어 인터페이스 (1116), 전자 저장장치 (1120), 전자 메모리 (1122), 및 네트워크 인터페이스 (1124) 와 연통하는 처리기 (1118) 를 포함한다. 전자 메모리 (1130) 는 처리기 (1118) 가 자동 분석기 (1100) 의 작동과 기능을 제어할 수 있는 머신 실행가능 명령들을 가진다. 전자 저장장치 (1120) 는 처리기 (1118) 에 의해 명령들 (1130) 이 실행되었을 때 획득되는 측정 (1132) 을 포함하여 도시된다. 네트워크 인터페이스 (1124) 는 처리기 (1118) 가 네트워크 인터페이스 (1126) 를 통하여 측정 (1132) 을 연구실 정보 시스템 (1128) 에 송부할 수 있도록 한다.
도 12 는 도 11 의 자동 분석기 (1100) 를 작동시키는 방법을 도시하는 순서도를 도시한다. 먼저, 단계 1200 에서, 유체 구조물을 사용하여 생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하도록 카트리지의 회전 속도를 제어하기 위해서 명령 (1130) 은 처리기 (1118) 가 카트리지 스피너를 제어하도록 한다. 다음에 단계 1202 에서, 명령 (1130) 은 유체 챔버로부터의 유체를 제 1 덕트를 통하여 분취 챔버로 운반하기 위해 카트리지의 회전 속도를 제어하도록 처리기 (1118) 가 카트리지 스피너 (1102) 를 제어하도록 한다. 다음에 단계 1204 에서, 명령 (1130) 은 저장기내의 유체를 제 2 덕트안으로 유동시키도록 가압하고 그리고 계량 챔버를 첫번째로 충전하도록 처리가 (1118) 가 카트리지 스피너를 제어하도록 한다. 다음에, 단계 1106 에서 명령 (1130) 을 실행하여, 계량 챔버로부터의 유체의 제 1 부분을 밸브를 통하여 전달하고 그리고 제 1 잔류부를 다시 분취 챔버안으로 전달하도록 카트리지의 회전 속도를 증가시키기 위해서 처리기 (1118) 가 카트리지 스피너 (1102) 를 제어하도록 한다. 다음에, 단계 1208 에서 명령 (1130) 을 실행하여, 저장기에서의 유체를 제 2 덕트안으로 유동시키도록 가압하고 그리고 계량 챔버를 두번째로 충전하도록 카트리지의 회전 속도를 감소시키기 위해서 처리기 (1118) 가 카트리지 스피너 (1102) 를 제어하도록 한다. 다음에, 단계 1210 에서 명령 (1130) 을 실행하여, 계량 챔버로부터의 유체의 제 2 부분을 밸브를 통하여 전달하고 그리고 유체의 제 2 잔류부를 다시 분취 챔버안으로 전달하도록 카트리지의 회전 속도를 증가시키기 위해서 처리기가 카트리지 스피너를 제어하도록 한다. 마지막으로, 단계 1212 에서 명령 (1130) 을 실행하여, 측정 구조물을 사용하여 측정을 실시하도록 처리기 (1118) 가 측정 시스템 (1112) 을 제어하도록 한다.
100 : 유체 구성품들
102 : 회전축
104 : 유체 챔버
106 : 유체 챔버 덕트
108 : 분취 챔버
110 : 제 2 덕트
112 : 계량 챔버
114 : 덕트 입구
116 : 덕트 출구
120 : 튜브
121 : 밸브
122 : 하류측 유체 요소
124 : 팽창 챔버
126 : 상부 에지
128 : 통기구
130 : 프로파일 A-A
132 : 여분의 유체 챔버
134 : 유체 연결부
136 : 유체 연결 입구
140 : 페일 세이프 챔버
200 : 단면도 A-A
202 : 카트리지의 본체
204 : 측벽들
206 : 중심 구역
208 : 리드
210 : 지지 구조물
300 : 카트리지
306 : 유체를 가진 유체 저장기
307 : 유체
308 : 천공가능한 밀봉부
310 : 천공 요소
312 : 결합 표면 또는 저장기 개방 요소
336 : 유체 구조물
338 : 유체 요소
340 : 사이펀
342 : 통기구
344 : 측정 구조물
346 : 개구
348 : 커버 리드
400 : 화살표
500 : 최대 유체 레벨
800 : 분리선
802 : 유체의 일부
804 : 유체의 잔류부
1100 : 자동 분석기
1102 : 카트리지 스피너
1104 : 모터
1106 : 파지기
1108 : 카트리지 부분
1110 : 측정 구조물
1111 : 액츄에이터
1112 : 측정 시스템
1114 : 제어기
1116 : 하드웨어 인터페이스
1118 : 처리기
1120 : 전자 저장장치
1122 : 전자 메모리
1124 : 네트워크 인터페이스
1126 : 네트워크 접속
1128 : 연구실 정보 시스템
1130 : 실행가능 명령들
1132 : 측정
1200 : 유체 구조물을 사용하여 생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위해 카트리지의 회전 속도 제어
1202 : 유체 챔버로부터의 유체를 제 1 덕트를 통하여 분취 챔버까지 운반하기 위해 카트리지의 회전 속도 제어
1204 : 분취 챔버내의 유체가 제 2 덕트안으로 유동하고 계량 챔버를 첫번째로 충전하도록 카트리지 스피너 제어
1206 : 계량 챔버로부터의 유체의 제 1 부분을 밸브를 통하여 전달하고 그리고 제 1 잔류 부분을 분취 챔버로 다시 전달하도록 카트리지의 회전 속도 증가
1208 : 저장기내의 유체가 제 2 덕트안으로 유동하고 계량 챔버를 두번째로 충전하도록 카트리지의 회전 속도 감소
1210 : 계량 챔버로부터의 유체의 제 2 부분을 밸브를 통하여 전달하고 그리고 제 2 잔류 부분을 분취 챔버로 다시 전달하도록 카트리지의 회전 속도 증가
1212 : 측정 구조물을 사용하여 측정 실시

Claims (16)

  1. 카트리지 (300) 를 사용하여 처리된 생물학적 샘플의 측정을 실시하는 방법으로서,
    상기 카트리지는 회전축 (102) 을 중심으로 스핀되도록 작동가능하며,
    상기 카트리지는,
    - 유체 (307) 를 수용하기 위한 유체 챔버 (104),
    - 분취 챔버 (108),
    - 상기 유체 챔버와 상기 분취 챔버를 연결하는 제 1 덕트 (106),
    - 계량 챔버 (112) 로서, 상기 계량 챔버는 모세관 작용을 사용하여 유체가 상기 계량 챔버를 충전하도록 작동가능하며, 상기 계량 챔버는 측벽들 (204) 및 중심 구역 (206) 을 가지고, 상기 측벽들은 상기 중심 구역으로부터 멀리 테이퍼지며, 상기 계량 챔버의 상기 측벽들 옆에서의 모세관 작용은 상기 계량 챔버의 상기 중심 구역에서보다 더 큰, 상기 계량 챔버 (112),
    - 상기 계량 챔버와 상기 분취 챔버를 연결하는 제 2 덕트 (110) 로서, 상기 제 2 덕트는 상기 분취 챔버에서 덕트 입구 (114) 를 포함하고, 상기 제 2 덕트는 상기 계량 챔버에서 덕트 출구 (116) 를 더 포함하며, 상기 덕트 출구는 상기 덕트 입구보다 회전축에 더 근접하고, 상기 제 2 덕트는 상기 모세관 작용을 사용하여 상기 계량 챔버에 유체가 유동하도록 작동가능한, 상기 제 2 덕트 (110),
    - 하류측 유체 요소 (122) 로서, 상기 하류측 유체 요소는 밸브 (121) 를 통하여 상기 계량 챔버에 연결되는, 상기 하류측 유체 요소 (122),
    - 생물학적 샘플을 상기 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위한 유체 구조물 (336) 로서, 상기 유체 구조물은 상기 하류측 유체 요소를 포함하고, 상기 하류측 유체 요소는 상기 유체 구조물에 유체 연결되며, 상기 유체 구조물은 상기 처리된 생물학적 샘플의 측정을 가능하게 하는 측정 구조물 (344) 을 포함하고, 상기 유체 구조물은 상기 생물학적 샘플을 수용하도록 구성되는, 상기 유체 구조물 (336), 및
    - 상기 계량 챔버에 연결되는 통기구 (128) 로서, 상기 통기구는 상기 계량 챔버보다 회전축에 더 근접한, 상기 통기구 (128) 를 포함하고,
    상기 방법은,
    - 상기 생물학적 샘플을 상기 유체 구조물에 배치하는 단계,
    - 상기 유체 구조물을 사용하여 상기 생물학적 샘플을 상기 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위해 상기 카트리지의 회전 속도를 제어하는 단계 (1200),
    - 상기 유체로 상기 유체 챔버를 충전하는 단계,
    - 상기 유체 챔버로부터의 유체를 상기 제 1 덕트를 통하여 상기 분취 챔버로 운반하기 위해 상기 카트리지의 회전 속도를 제어하는 단계 (1202),
    - 상기 분취 챔버내의 유체가 제 2 덕트안으로 유동하고 상기 계량 챔버를 첫번째로 충전하도록 상기 카트리지의 회전 속도를 감소시키는 단계 (1204),
    - 상기 계량 챔버로부터의 유체의 제 1 부분을 상기 밸브를 통하여 전달하고 그리고 제 1 잔류 부분을 상기 분취 챔버로 다시 전달하도록 상기 카트리지의 회전 속도를 증가시키는 단계 (1206),
    - 저장기내의 유체가 상기 제 2 덕트안으로 유동하고 상기 계량 챔버를 두번째로 충전하도록 상기 카트리지의 회전 속도를 감소시키는 단계 (1208),
    - 상기 계량 챔버로부터의 유체의 제 2 부분을 상기 밸브를 통하여 전달하고 그리고 제 2 잔류 부분을 상기 분취 챔버로 다시 전달하도록 상기 카트리지의 회전 속도를 증가시키는 단계 (1210), 및
    - 상기 측정 구조물을 사용하여 그리고 측정 시스템을 사용하여 상기 측정을 실시하는 단계 (1212) 를 포함하는, 카트리지 (300) 를 사용하여 처리된 생물학적 샘플의 측정을 실시하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 계량 챔버로부터의 유체의 제 1 부분을 상기 밸브를 통하여 전달하도록 상기 카트리지의 회전 속도를 증가시키는 단계는, 상기 유체의 제 1 잔류부를 상기 분취 챔버로 다시 전달하도록 상기 카트리지의 회전 속도를 제 1회전 속도로 증가시키는 것과, 상기 계량 챔버로부터의 유체의 제 1 부분을 상기 밸브를 통하여 전달하도록 상기 카트리지의 회전 속도를 제 2 회전 속도로 증가시키는 것을 포함하고, 그리고/또는
    상기 계량 챔버로부터의 유체의 제 2 부분을 상기 밸브를 통하여 전달하도록 상기 카트리지의 회전 속도를 증가시키는 단계는, 상기 유체의 제 2 잔류부를 상기 분취 챔버로 다시 전달하도록 상기 카트리지의 회전 속도를 상기 제 1 회전 속도로 증가시키는 것과, 상기 계량 챔버로부터의 유체의 제 2 부분을 상기 밸브를 통하여 전달하도록 상기 카트리지의 회전 속도를 상기 제 2 회전 속도로 증가시키는 것을 포함하는, 카트리지 (300) 를 사용하여 처리된 생물학적 샘플의 측정을 실시하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 측벽들은 상기 계량 챔버에서 기포의 형성 및/또는 부착을 방지하도록 상기 중심 구역 이전에 유체로 충전되도록 작동가능한, 카트리지 (300) 를 사용하여 처리된 생물학적 샘플의 측정을 실시하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분취 챔버는 상부와 하부를 가지고, 여기에서 상기 상부는 상기 하부보다 상기 회전축에 더 근접하며, 상기 계량 챔버는 상부를 가지고, 상기 계량 챔버는 하부를 가지며, 여기에서 상기 상부는 상기 하부보다 상기 회전축에 더 근접하고, 상기 덕트 출구는 상기 계량 챔버의 상부내에 있고, 상기 덕트 입구는 상기 분취 챔버의 하부내에 있는, 카트리지 (300) 를 사용하여 처리된 생물학적 샘플의 측정을 실시하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 계량 챔버는 계량 챔버 표면을 가지며, 상기 계량 챔버 표면은 라운딩처리되는, 카트리지 (300) 를 사용하여 처리된 생물학적 샘플의 측정을 실시하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 계량 챔버에서의 상기 모세관 작용은 상기 제 2 덕트에서 상기 모세관 작용보다 더 큰, 카트리지 (300) 를 사용하여 처리된 생물학적 샘플의 측정을 실시하는 방법.
  7. 자동 분석기 (1100) 용 카트리지 (300) 로서,
    상기 카트리지는 회전축 (102) 을 중심으로 스핀되도록 작동가능하며, 상기 카트리지는,
    - 유체 (307) 를 수용하기 위한 유체 챔버 (104),
    - 분취 챔버 (108),
    - 상기 유체 챔버와 상기 분취 챔버를 연결하는 제 1 덕트 (106),
    - 계량 챔버 (112) 로서, 상기 계량 챔버는 모세관 작용을 사용하여 유체가 상기 계량 챔버를 충전하도록 작동가능하며, 상기 계량 챔버는 측벽들 (204) 및 중심 구역 (206) 을 가지고, 상기 측벽들은 상기 중심 구역으로부터 멀리 테이퍼지며, 상기 계량 챔버의 상기 측벽들 옆에서의 상기 모세관 작용은 상기 계량 챔버의 상기 중심 구역에서보다 더 큰, 상기 계량 챔버 (112),
    - 상기 계량 챔버와 상기 분취 챔버를 연결하는 제 2 덕트 (110) 로서, 상기 제 2 덕트는 상기 분취 챔버에서 덕트 입구 (114) 를 포함하고, 상기 제 2 덕트는 상기 계량 챔버에서 덕트 출구 (116) 를 더 포함하며, 상기 덕트 출구는 상기 덕트 입구보다 회전축에 더 근접하고, 상기 제 2 덕트는 상기 모세관 작용을 사용하여 상기 계량 챔버에 유체가 유동하도록 작동가능한, 상기 제 2 덕트 (110),
    - 하류측 유체 요소 (122) 로서, 상기 하류측 유체 요소는 밸브 (121) 를 통하여 상기 계량 챔버에 연결되는, 상기 하류측 유체 요소 (122),
    - 생물학적 샘플을 처리된 생물학적 샘플로 처리하기 위한 유체 구조물 (336) 로서, 상기 유체 구조물은 상기 하류측 유체 요소를 포함하고, 상기 하류측 유체 요소는 상기 유체 구조물에 유체 연결되며, 상기 유체 구조물은 상기 처리된 생물학적 샘플의 측정을 가능하게 하는 측정 구조물 (344, 1110) 을 포함하고, 상기 유체 구조물은 상기 생물학적 샘플을 수용하도록 구성되는, 상기 유체 구조물 (336), 및
    - 통기구 (128) 로서, 상기 통기구는 상기 계량 챔버에 연결되고, 상기 통기구는 상기 계량 챔버보다 회전축에 더 근접한, 상기 통기구 (128) 를 포함하는, 자동 분석기 (1100) 용 카트리지 (300).
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 분취 챔버는 상부와 하부를 가지고, 여기에서 상기 상부는 상기 하부보다 상기 회전축에 더 근접하며, 상기 계량 챔버는 상부를 가지고, 상기 계량 챔버는 하부를 가지며, 여기에서 상기 상부는 상기 하부보다 상기 회전축에 더 근접하고, 상기 덕트 출구는 상기 계량 챔버의 상부내에 있고, 상기 덕트 입구는 상기 분취 챔버의 하부내에 있는, 자동 분석기 (1100) 용 카트리지 (300).
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 계량 챔버는 계량 챔버 표면을 가지고, 상기 계량 챔버 표면은 라운딩처리되는, 자동 분석기 (1100) 용 카트리지 (300).
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 계량 챔버에서의 모세관 작용은 상기 제 2 덕트에서의 모세관 작용 보다 더 큰, 자동 분석기 (1100) 용 카트리지 (300).
  11. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 카트리지는 팽창 챔버를 더 포함하고, 상기 통기구는 상기 팽창 챔버내에 있으며, 상기 팽창 챔버는 상기 계량 챔버에 연결되고, 상기 계량 챔버에서의 모세관 작용은 상기 팽창 챔버에서의 모세관 작용보다 더 크며, 상기 팽창 챔버는 상기 계량 챔버보다 상기 회전축에 더 근접한, 자동 분석기 (1100) 용 카트리지 (300).
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 팽창 챔버는 상기 분취 챔버보다 상기 회전축에 더 근접한, 자동 분석기 (1100) 용 카트리지 (300).
  13. 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 구조물은 2 개 이상의 전극들 및/또는 광학 측정 구조물을 포함하는, 자동 분석기 (1100) 용 카트리지 (300).
  14. 제 7 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체는 이하: 분산물, 나노입자들을 포함하는 유체, 혈액형 판정 시약을 포함하는 유체, 면역 시약을 포함하는 유체, 항체를 포함하는 유체, 효소를 포함하는 유체, 효소 반응을 위한 1 개 이상의 기재들을 포함하는 유체, 형광 발광 분자들을 포함하는 유체, 면역화학 반응을 측정하기 위한 분자들을 포함하는 유체, 핵산의 반응을 측정하기 위한 분자들을 포함하는 유체, 재조합 단백질을 포함하는 유체, 바이러스 격리물을 포함하는 유체, 바이러스를 포함하는 유체, 생화학적 시약을 포함하는 유체, 용제, 희석제, 완충제, 단백질을 포함하는 유체, 염을 포함하는 유체, 세제, 핵산을 포함하는 유체를 포함하는 유체, 산을 포함하는 유체, 염기를 포함하는 유체, 수용액, 비수용액 및 이들의 조합물 중 어떠한 하나인, 자동 분석기 (1100) 용 카트리지 (300).
  15. 제 7 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 카트리지는 유체 연결부 (134) 를 통하여 상기 분취 챔버에 연결되는 여분의 유체 챔버를 더 포함하고, 상기 유체 연결부는 유체 연결 입구 (136) 를 포함하며, 상기 유체 연결 입구는 상기 제 2 덕트 (110) 의 덕트 출구 (116) 보다 상기 회전축으로부터 더 멀리 있는, 자동 분석기 (1100) 용 카트리지 (300).
  16. 제 7 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 카트리지를 수용하도록 구성된 자동 분석기로서,
    상기 자동 분석기는 카트리지 스피너 (1102), 측정 시스템 (1112), 및 상기 자동 분석기를 제어하도록 구성된 제어기 (1118) 를 포함하고,
    상기 제어기는,
    - 상기 유체 구조물을 사용하여 상기 생물학적 샘플을 처리된 상기 생물학적 샘플로 처리하기 위해 상기 카트리지의 회전 속도를 제어하도록 상기 카트리지 스피너를 제어 (1200) 하고,
    - 상기 유체 챔버로부터의 유체를 상기 제 1 덕트를 통하여 상기 분취 챔버로 운반하기 위해 상기 카트리지의 회전 속도를 제어하도록 상기 카트리지 스피너를 제어 (1202) 하며,
    - 저장기내의 유체를 상기 제 2 덕트안으로 유동시키고 상기 계량 챔버를 첫번째로 충전하도록 상기 카트리지 스피너를 제어 (1204) 하고,
    - 상기 계량 챔버로부터의 유체의 제 1 부분을 상기 밸브를 통하여 전달하고 그리고 제 1 잔류부를 상기 분취 챔버로 다시 전달하도록 상기 카트리지의 회전 속도를 증가시키도록 상기 카트리지 스피너를 제어 (1206) 하며,
    - 상기 저장기내의 유체를 상기 제 2 덕트안으로 유동시키고 그리고 상기 계량 챔버를 두번째로 충전하도록 상기 카트리지의 회전 속도를 감소키도록 상기 카트리지 스피너를 제어 (1208) 하고,
    - 상기 계량 챔버로부터의 유체의 제 2 부분을 상기 밸브를 통하여 전달하고 그리고 제 2 잔류 부분을 상기 분취 챔버안으로 다시 전달하도록 상기 카트리지의 회전 속도를 증가시키도록 상기 카트리지 스피너를 제어 (1210) 하며,
    - 상기 측정 구조물을 사용하여 측정을 실시하도록 상기 측정 시스템을 제어 (1212) 하도록 구성되는, 자동 분석기.
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