KR101608749B1 - 박막 원심분리 분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법 - Google Patents
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Abstract
박막 원심분리 분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법에 관한 것으로, 예를 들어, 랩온어칩, 단백질칩 및 DNA칩과 같은 유체 내 소량의 물질을 진단 및 탐지하는 장치가 박막형 회전형 몸체에 집적화된 박막 원심분리 분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명의 일 구체예들은 박막 원심분리 분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법에 관한 것으로, 예를 들어, 랩온어칩, 단백질칩 및 DNA칩과 같은 유체 내 소량의 물질을 진단 및 탐지하는 장치가 박막형 회전형 몸체에 집적화된 박막 원심분리 분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법에 관한 것이다.
최근까지 유체 내 소량의 분석종 탐지를 위한 대부분의 임상 진단 분석 장치는 다중 샘플 준비 및 자동화된 시약 첨가용 장치를 포함하고, 병렬 또는 직렬로 수많은 테스트 샘플을 분석하기 위한 장치가 회전형 박막 몸체에 집적화되어 상기 분석에 있어서 효율성 및 경제성이 개선되었고, 이러한 분석 장치, 예를 들어, 회전형 바이오 디스크는 알려져 있다. 이러한 박막형 임상실험 분석 장치는 상기 바이오 디스크의 회전에 의해 발생한 원심력을 이용하여 적은 비용으로 소량의 샘플과 시약으로 다양한 분석을 자동으로 정확히 수행할 수 있다.
박막 형태의 CD와 DVD와 관련하여, 12cm 폴리카보네이트 기판, 반사금속층 및 보호 라커 코팅으로부터 표준 컴팩트 디스크가 형성될 수 있다. CD, DVD와 CD-ROM의 포맷은 ISO 9660 공업 표준에 의해 기술될 수 있다. 상기 폴리카보네이트 기판은 광학 품질의 투명한 폴리카보네이트이다. 표준 인쇄 또는 대량 복제된 CD에서 데이타층은 상기 폴리카보네이트 기판의 일부이고, 데이타는 사출 성형 공정 동안 스탬퍼(stamper)에 의해 일련의 피트(pit) 형태로 새겨진다. 이 사출 성형 공정 동안 용융된 폴리카보네이트가 고압하에서 몰드에 주입되고, 이후에 냉각되어 폴리카보네이트가 몰드 또는 스탬퍼 또는 스탬프의 거울상 형태를 가지며, 디스크 기판 상의 이진 데이타를 나타내는 피트가 폴리카보네이트 기판에 생성된다. 스탬핑 마스터(stamping master)는 유리일 수 있다. 이러한 디스크는 유체 내 소량의 물질을 진단 및 탐지하는 박막 형태의 분석 장치로 변형 및 개조가 가능하며, 이 경우 사출 성형 공정 동안 디스크 표면에 피트 대신, 유체가 흐를 수 있는 유로(channel) 및 버퍼(buffer) 용액을 저장할 수 있는 챔버(chamber), 유공(hole) 및 밸브(valve) 등이 형성될 수 있다.
이하, 상기 통상적인 CD-ROM, DVD 등과 같은 디스크 속에 유체 내 소량의 물질을 진단 및 탐지하기 위한 랩온어칩(Lab On a Chip), 단백질칩 및 DNA칩과 같은 바이오칩이 집적화되거나 또는 유체 내 소량의 물질을 진단 및 탐지하기 위한 바이오 및 화학 공정을 수행하는 디스크를 바이오 디스크라 칭한다.
통상의 바이오 디스크는 화학 공정에 필요한 많은 액상(liquid phase)의 바이오 및 화학 물질을 저장하기 위한 복수 개의 챔버를 포함할 수 있다. 상기 바이오 및 화학 공정은 샘플로부터 시료를 준비하기 위한 프렙(preparation) 공정, 원심분리 공정, DNA 증폭 공정, 혼성화(hybridization) 공정, 항원-항체 반응 공정, 혼합(mixing) 공정, 세척(washing) 공정 등을 포함하며, 이들 바이오 및 화학 공정은 순차적으로 바이오 디스크 상에서 자동 처리될 수 있고, 이는 알려져 있다. 그러나 바이오 디스크가 상용화되기 위해서는, 하기 문제점들이 해결되어야할 필요가 있다.
원심분리에 의해 샘플로부터 시료를 추출시 원심분리 동안 누수를 발생치 않는 밸브가 필요하다. 기존의 물리적 움직임에 의해 개폐가 이루어지는 밸브는 유공(hole) 또는 채널(channel)에 구슬(ball) 혹은 밀폐수단를 밀착시키거나 이탈함으로서 개폐가 이루어 지는 방식을 취하고, 이러한 방식을 취하는 밸브는 알려져 있다. 그러나 이러한 밸브는 물리적 움직임에 의한 개방을 허용해야 하기 때문에 밸브의 밀폐가 불완벽할 수 있다. 따라서, 원심분리 동안 유체 자체에 의해 발생한 유압에 의한 누수(leak)가 생길 수 있다. 따라서, 누수 발생으로 원심분리를 통해 샘플로부터 정량의 시료를 추출할 수 없어 분석의 신뢰도 및 정확도가 떨어질 수 있다. 따라서 고속 회전 중에 이러한 누수가 발생하지 않는 원심분리 분석장치가 필요하다.
본 발명의 일 구체예들은 원심분리에 의해 샘플로부터 시료를 추출하는 동안 누수를 발생하지 않는 원심 분리 장치를 박막의 몸체내에 구비함으로서 랩온어칩, 단백질칩 및 DNA칩과 같은 유체 내 소량의 물질을 진단 및 탐지하는 바이오칩이 집적화된 박막 원심분리 분석장치 및 이를 이용한 분석 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구체예는 샘플을 주입하기 위한 샘플 주입구; 상기 샘플 주입구로 주입된 샘플을 저장하기 위한 샘플 챔버(sample chamber); 상기 샘플 챔버의 샘플을 원심분리에 의해 정량의 시료(analyte)와 찌꺼기(remnant)를 분리하여 따로 저장하기 위한 시료 챔버(analyte chamber) 및 찌꺼기 챔버(remnant chamber); 상기 시료 챔버와 상기 찌꺼기 챔버를 연결하는 병목 채널(bottle neck channel); 상기 시료 챔버에 정량의 샘플 또는 정량의 시료를 저장하기 위해, 상기 시료 챔버의 잉여분(excess)의 샘플을 저장하기 위한 잉여 챔버; 상기 시료와 결합하기 위한, 예를 들어, 생물학적인 특이적 결합(specific binding)을 하기 위한 포획 프로브(capture probe)가 고정화되어 있거나 및/또는 상기 시료와의 분석 반응, 예를 들어, 생화학 반응을 하기 위한 시약, 예를 들어, 바이오 물질이 저장되어 있는 하나 이상의 분석 사이트; 세정 공정에 의해 상기 포획 프로브와 결합하지 않는 물질(debris)을 모으기 위한 트레쉬 챔버(trash chamber); 상기 챔버들, 상기 병목 채널, 상기 분석 사이트 및 유로가 집적화된 회전 가능한 소수성(hydrophobic) 몸체; 및 상기 원심분리 동안 상기 시료 챔버 내에 억류되어 있던 시료가 상기 몸체의 정지시 친수성 유체 이동에 의해 시료가 상기 분석 사이트로 이동하기 위한, 상기 시료 챔버와 상기 분석 사이트를 연결하는 유로 상에 형성된 초친수성(Superhydrophilic) 코팅된 액체 밸브를 포함하는 박막 원심분리 분석 장치를 제공할 수 있다.
상기 액체 밸브는 상기 몸체의 정지시 상기 시료 챔버와 상기 분석 사이트를 연결하는 친수성 유로를 제공하는 동시에, 상기의 몸체 회전 동안에는 상기 시료 챔버 내의 유체가 상기 분석 사이트로 이동하지 못하도록 U자형 또는 V자형 형상을 가질 수 있다. 상기 액체 밸브의 표면은 초친수성(Superhydrophilic) 처리가 되어 있고, 상기 몸체의 회전 동안 상기 액체 밸브에 의해 상기 시료 챔버 내에 억류되어 있던 유체가 몸체의 정지시 친수성 유체 이동에 의해 상기 분석 사이트로 이동할 수 있다.본 발명의 일 구체예에 의하면, 초친수성(Superhydrophilic) 코팅된 U자형 또는 V자형 형상을 갖는 유로를 상기 액체 밸브로 사용함으로서 상기 시료 챔버의 모든 시료가 상기의 몸체 정지 동안 친수성 유체이동에 의해 상기 분석 사이트로 이동할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 시료 챔버 내의 모든 시료가 정량 분석에 필요한 시료의 량(volume)을 결정할 수 있다. 따라서, 상기 시료 챔버 내의 시료 전체가 상기 분석 사이트로 이동하는 것을 포함한다. 그러나, 혈청과 같은 점도(viscosity)를 갖는 시료는 그 자체의 점도 때문에 상기 U자형 또는 V자형 형상을 갖는 유로를 통해 상기 시료 챔버 내의 시료가 전부 상기 분석 사이트로 이동하지 않을 수 있다. 즉, 상기 몸체의 정지시 상기 U자형 또는 V자형 형상을 갖는 친수성 유로를 통해 상기 시료 챔버 내의 시료 일부만이 상기 분석 사이트 내로 이동하게 되어 정량 분석이 불가능한 경우가 있을 수 있다. 따라서 본 발명의 일 구체예는, 상기 몸체의 정지시 상기 U자형 또는 V자형 형상을 갖는 친수성 유로를 통해 상기 시료 챔버 내의 모든 시료를 상기 분석 사이트 내로 이동시키기 위해 상기 시료 챔버 내의 시료에 유체 이동 수단을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 의하면, 하기 4가지 중 선택되는 유체 이동 수단에 의해 상기 시료챔버 내의 모든 시료를 상기 분석 사이트로 이동시킬 수 있다.
첫째, 상기 몸체의 회전 동안 팽창(swelling)한 상기 찌꺼기 챔버가 상기 몸체의 회전 정지시 복귀하면서 발생하는 공기 압력은 상기 시료 챔버 내의 모든 시료를 상기 분석 사이트로 이동시키기 위한 유체 추진력을 발생시킬 수 있다. 이하, 상기 찌꺼기 챔버의 팽창과 복귀에 따른 유체 추진력에 의한 유체 이동 수단을 챔버 펌프라 칭한다. 상기 몸체의 회전 동안 상기 찌꺼기 챔버의 팽창은 원심력에 의해 발생할 수 있다. 상기 찌꺼기 챔버는 상기 시료 챔버보다 원주 외곽에 배치된 것뿐만 아니라 시료보다 더 무거운 물질, 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따르면 적혈구가 저장되어 있어서 상기 찌꺼기 챔버의 상부 기질이 고속 회전 중 팽창할 수 있다. 상기 찌꺼기 챔버의 상부 기질은 고속회전중 팽창에 용이토록 예를 들어, 0.1mm 내지 0.6mm의 두께를 갖는 박막일 수 있다.
둘째, 상기 몸체의 회전 동안 압축(compression)되었던 상기 찌꺼기 챔버 내의 물질, 예를 들어, 본 발명의 일 구체예에 따른 적혈구가 상기 몸체의 회전 정지시 신장 (expansion)하면서 발생하는 유체 압력은 상기 시료 챔버 내의 모든 시료를 상기 분석 사이트로 이동시키기 위한 유체 추진력을 발생시킬 수 있다. 이하, 상기 찌꺼기 챔버 내의 적혈구 압축(compression)과 신장(expansion)에 따른 유체 추진력에 의한 유체이동 수단을 적혈구 펌프라 칭한다. 상기 몸체의 회전 동안 상기 찌꺼기 챔버 내의 적혈구 압축(compression)은 원심력에 의해 발생할 수 있다.
셋째, 상기 액체 밸브의 말단과 상기 분석 사이트 입구 사이에 흡수 패스(absorbent pad) 또는 샘플 패드(sample pad) 또는 초친수성 챔버를 포함하여 상기 U자형 또는 V자형 형상을 갖는 친수성 유로를 통해 상기 액체 밸브의 말단에 도착한 시료를 빨아들이는 흡입력(absorption force)은 상기 시료 챔버 내의 모든 시료를 상기 분석 사이트 내지 초친수성 챔버로 이동시키기 위한 유체 추진력을 지속적으로 발생시킬 수 있다. 이하, 상기 흡수 패드의 흡인력 또는 샘플 패드의 흡입력 또는 초친수성 챔버의 친수 흡입력에 따른 유체 추진력에 의한 유체이동 수단을 흡입 펌프라 칭한다.
네째, 상기 U자형 또는 V자형 형상을 갖는 유로를 초친수성(Superhydrophilic) 코팅하여 상기 시료 챔버 내의 시료를 이동시키는 친수 흡입력(hydrophilic absorption force)은 상기 시료 챔버 내의 모든 시료를 상기 분석 사이트로 이동시키기 위한 유체 추진력을 발생시킬 수 있다. 이하, 상기 친수 흡입력에 따른 유체 추진력에 의한 유체이동 수단을 친수성 유체이동이라 칭한다.
본 발명의 일 구체예에 의하면, 상기 유체 이동 수단에 의해 상기 시료챔버 내의 모든 시료를 상기 분석 사이트로 전부 이동시켜 상기 시료 챔버를 비울 수 있다. 상기 시료 챔버 내의 모든 시료가 상기 액체 밸브를 통해 상기 분석 사이트로 다 빠져 나간 후, 상기 병목 채널의 유체에 대한 강한 모세관 현상으로 인해 찌꺼기 챔버 내의 유체는 상기 액체 밸브로 이동하지 않게 된다. 즉, 상기 병목 채널의 유체에 대한 강한 모세관 현상은 상기 유체 이동 수단에 의한 유체 이동의 힘과 균형을 이룰 수 있고 유체는 더 이상 상기 분석 사이트로 이동하지 않게 된다. 따라서, 정량의 시료만이 상기 분석 사이트로 이동하게 된다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 챔버 펌프, 상기 적혈구 펌프, 상기 흡입 펌프 및 상기 친수성 유체이동에 의한 유체 이동 수단은 U자형 또는 V자형 형상을 갖는 유로에 의해 제공되는 모세관 현상에 의한 유체 추진력을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 샘플 챔버는 초친수성(Superhydrophilic) 코팅되는 것일 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 초친수성(Superhydrophilic) 코팅은 친수성 코팅을 포함한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 샘플은 다양한 생물질, 예를 들어, 피(blood)를 포함한다. 또한 상기 시료는 원심분리에 통해 상기 샘플로부터 얻어지는 물질, 예를 들어, 피로부터 얻어지는 혈청 또는 혈장을 포함한다.
이하, 본 발명의 일 구체예들에 있어서, 상기 혈청, 혈장, 및 백혈구를 포함하는 혈장을 혈청이라 통칭한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 찌꺼기 챔버(remnant chamber)는 모세관 챔버일 수 있다.
피를 원심분리하면 혈청, 혈병, 혈장및 적혈구로 분리될 수 있다. 상기 혈병의 대부분은 적혈구일 수 있다. 따라서 상기 샘플 챔버의 피를 보관하고 상기 시료 챔버와 상기 찌꺼기 챔버를 원심분리하게 되면 상기 시료 챔버에는 혈청이 남게 되고, 상기 찌꺼기 챔버에는 적혈구가 남게 된다. 이 경우 원심분리를 수행한 후 회전을 정지하게 되면 적혈구는 다시 혈청과 섞일 수 있다. 즉, 원심분리 후, 혈청만 뽑아내기 위해서는 몸체의 회전을 멈추어야 하는데, 이 경우 적혈구와 혈청이 다시 섞여 버려 혈청만 뽑아내는 것이 어려워 질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 구체예는 상기 찌꺼기 챔버를 높이가 낮은(또는 좁은) 모세관 챔버로 구성함으로서 적혈구가 모세관 현상 또는 상기 찌꺼기 챔버의 표면과 적혈구 간의 결합력에 의해 상기 찌꺼기 챔버에 잔류하도록 하여 혈청과 다시 섞이지 않도록 하였다. 상기 찌꺼기 챔버의 표면과 적혈구 간의 결합력은 적혈구의 강한 점도(viscosity)에 기인하고 이로 인해 원심분리된 적혈구는 회전을 멈추더라도 혈청과 다시 섞이지 않고 상기 찌꺼기 챔버에 그대로 유지될 수 있다. 상기 모세관 챔버의 높이는 예를 들어, 0.1mm 내지 0.6mm일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 몸체는 세정 공정에 필요한 세정 용액을 저장하기 위한 세정 챔버를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 몸체는 두 유체 간의 믹싱 공정을 수행하기 위한 믹싱 챔버를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 몸체는 상기 시료를 희석시키기 위한 희석 용액(dilution buffer) 또는 상기 시료 내의 표적(target) 물질에 결합하기 위한 표지자(label)를 저장하고 있는 버퍼 챔버를 더 포함할 수 있다. 상기 표지자는 항체 또는 DNA가 결합된 형태의 발색용 입자로서 금(gold 또는 gold conjugate) 또는 라텍스(latex) 또는 형광 표지 또는 방사능 동위원소 또는 효소(enzyme 또는 enzyme linked antibody) 표지(label)를 가질 수 있다. 상기 효소는 효소와 반응하는 기질(substrate) 용액에 의해 발색할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 효소와 반응하여 발색하는 기질 용액을 저장하고 있는 기질 챔버를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 시료는 예를 들어, 혈청, DNA, 단백질, 리간드(ligand), 수용체(receptor) 등과 같은 생화학적인 결합 반응을 일으키는 바이오 물질을 포함한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 박막 원심분리 분석 장치는 상기 몸체 내에 상기 분석 사이트의 방위각 방향 탐색을 위한 박막 원기둥 자석을 더 포함할 수 있다. 상기 박막 원기둥 자석 대신 박막 강자성체 금속 입자가 사용될 수 있다. 상기 박막 원기둥 자석 또는 박막 강자성체 금속 입자의 직경은 1mm 내지 5mm 범위 내일 수 있고, 두께는 0.1mm 내지 1mm 범위일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 병목 채널은 두 개의 박막 유로(채널)에 의해 구성될 수 있다. 상기 병목 채널은 상기 몸체의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해 상기 시료 챔버와 상기 찌꺼기 챔버 내의 샘플이 각각 원심분리되면서 상기 시료 챔버 내의 찌꺼기(remnant)가 상기 찌꺼기 챔버로 이동하거나 상기 찌꺼기 챔버 내의 원심분리된 시료(analyte)가 상기 시료 챔버 내로 이동하게 하기 위한 통로를 제공할 수 있다. 즉, 상기 병목 채널은 원심분리동안 분리된 시료와 찌꺼기가 상기 시료 챔버와 상기 찌꺼기 챔버 간을 이동하게 하기 위한 통로를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 찌꺼기 챔버는 배기구가 없다. 즉, 상기 찌꺼기 챔버는 상기 병목 채널 외에는 어떠한 액체 입출입을 위한 채널이나 배기구를 포함하지 않는다. 상기 병목 채널을 박막 채널로 구성함으로서 상기 몸체의 정지시 상기 찌꺼기 챔버 내의 찌꺼기가 상기 시료 챔버 내로 재이동하는 것을 방지하여, 상기 시료 챔버 내의 정량의 시료가 유지되도록 한다. 즉, 상기 몸체의 정지시, 박막 채널로 구성된 상기 병목 채널의 유체에 대한 강한 모세관 현상과 상기 찌꺼기 챔버의 배기구가 없음으로 인해 상기 찌꺼기 챔버 내의 유체는 상기 시료 챔버 내로 자유로이 이동하는 것은 불가능하다. 또한, 친수성 유체이동에 의해 상기 시료 챔버 내의 모든 시료가 상기 액체 밸브를 통해 다 빠져 나간후, 상기 병목 채널의 유체에 대한 강한 모세관 현상으로 인해 상기 찌꺼기 챔버 내의 유체는 상기 액체 밸브로 이동하지 않는다. 즉, 상기 병목 채널의 유체에 대한 강한 모세관 현상은 상기 액체 밸브로 이동하려는 친수성 유체이동의 힘과 균형을 이루어 유체는 더 이상 상기 액체 밸브로 이동하지 않는다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 친수성 유로는 다공성 표면에 의한 표면 개질(surface modification) 또는 수성 페인트 또는 초친수성 페이트 코팅이 이루어지는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 박막 원심분리 분석 장치는 상기 몸체를 회전시키기 위한 스핀들 모터(spindle motor)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따른 박막 원심분리 분석 장치는 상기 챔버 들에 대한 공간 어드레싱(space addressing)이 가능하도록 슬라이더(slider) 상에 탑재된 BOPM(Bio Pickup Optical Module) 장치와 이것의 이동을 제어하기 위한 슬라이드 모터(slide motor)를 포함하고, 상기 BOPM 장치 상에는 레이저 빔 발생 장치 및 영구 자석을 탑재하고, 상기 슬라이드 모터의 제어에 의해 상기 BOPM 장치의 좌표가 이동 및 제어되는 것일 수 있다. 상기 레이저 빔 발생 장치는 예를 들어, 광 픽업장치를 사용하는 것일 수 있다. 상기 방사 방향 탐색은 슬라이드 모터의 제어에 의해 이루어지는 것일 수 있다. 상기 방위각 방향 탐색은 슬라이더를 정지시킨 채 스핀들 모터의 짧은 회전 제어 또는 스텝(step) 모터의 제어에 의해 몸체를 일정량 회전시킴으로써 이루어질 수 있다. 상기 스텝 모터는 몸체의 방위각 방향의 회전을 위해 스핀들(spindle motor) 모터축 상에 기어로 연결 및 체결되어 동작 하는 것일 수 있다.
상기 박막 원심분리 분석 장치는 상기 챔버들의 반응 온도를 제어하기 위한 온도 제어 수단을 더 포함할 수 있다. 상기 온도 제어 수단은 온도 측정 수단, 가열 수단 및 냉각 수단으로 구성된 군으로부터 선택된하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 가열수단은 상기 슬라이더 상에 탑재된 레이저 빔 발생장치를 포함한다. 상기의 냉각수단은 몸체의 회전에 의한 회전 쿨링(rotation cooling)일 수 있고, 몸체 회전 중 챔버의 표면과 공기(air) 간에 접촉에 의한 열방출이 효율적으로 일어나 쿨링 작용이 일어날 수 있다. 상기 온도 측정 수단은 상기 몸체 내에 내장된 무선 RF IC에 연결된 온도 센서에 의해 해당 챔버의 온도가 측정되어 외부의 중앙 제어 장치에 무선 송신하는 것일 수 있다.
상기 몸체는 상부 기질, 중간 기질 및 하부 기질로 이루어지는 회전 가능한 박막 디스크를 포함한다. 상기 디스크의 직경은 예를 들어, 120mm, 80mm 또는 32mm이고, 두께는 0.6mm 내지 3mm의 원판 디스크일 수 있다.
상기 유체의 이동은 상기 몸체의 회전력에 의한 원심력 또는 모세관 현상에 의해 수행되거나, 초친수성 코팅된 유로를 통해 수행될 수 있다.
상기 몸체는 예를 들어, 플라스틱, 유리, 실리콘 웨이퍼, 소수성(hydrophobic) 재료와 같은 다양한 재료로부터 선택될 수 있다. 그러나, 플라스틱이 경제성, 가공용이성, CD-ROM 및 DVD 판독기와 같은 기존의 레이저 반사 기초 탐지기와의 양립성을 이유로 선호되는 경향이 있다. 바람직하게, 상기 몸체는 실리콘 웨이퍼, 폴리프로필렌, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA: polymethyl methacrylate), 고리형 올레핀 고분자(COC: cyclic olefin copolymer) 및 폴리카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 몸체는 챔버 내에 저장된 액체의 증발을 방지하기 위하여 알루미늄 코팅될 수 있다.
상기 몸체는 상부 기질, 중간 기질 및 하부 기질로 이루어 지며, 이들은 점착제에 의해 접합될 수 있다. 상기 점착제는 실리콘, 고무계, 변성 실리콘계, 아크릴계(acrylic), 폴리에스터 및 에폭시로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 제조될 수 있다.
상기 몸체는 상부 기질, 중간 기질 및 하부 기질이 적층 접합되어 이루어 지고, 상기 상부 기질 및 중간 기질 사이에 적층되어 그들을 결합하는 제1 박막 접착 테이프; 및 상기 중간 기질 및 하부 기질 사이에 적층되어 그들을 결합하는 제2 박막 접착 테이프를 더 포함할 수 있다. 상기 박막 접착 테이프는 단면 또는 양면 테이프일 수 있다. 상기 테이프는 종이, 비닐, 폴리에스테르 필름, 폴리에틸렌 필름 및 기타 합성 재질과 같은 이형지의 양쪽 또는 한쪽 면에 점착제(an adhesive; a gluing agent)로 표면 처리가 되어 있고, 요구되는 조건에 따라 높은 실링 및 완충, 진동 완화, 내충격성, 내열성, 흡착성, 접착력 등의 특징을 가진 점착제 재료가 사용될 수 있다. 이의 제조 방법은 기질에 단면 테이프를 붙인 후 이형지를 제거함으로써 기질의 한쪽 면에 점착제에 의한 박막 코팅을 하거나, 점착제를 디스펜서(dispenser) 또는 스프레이(spray) 또는 실크 스크린 인쇄하여 기질의 한쪽 면에 점착제에 의한 박막 코팅을 할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 박막 접착 테이프는 이형지를 사용치 않고 점착제(an adhesive;a gluing agent) 자체가 기질에 박막 코팅되는 것일 수 있다.
상기 믹싱 챔버에 포함되는 자성체 소형 구슬; 상기 몸체 하부에서 움직일 수 있는 슬라이더; 및 상기 슬라이더에 장착되고 상기 자성체 소형 구슬에 인력을 인가하여 상기 자성체 소형 구슬을 운동시킬 수 있는 영구 자석을 더 포함하고, 상기 슬라이더의 움직임에 따라 상기 믹싱 챔버 내의 자성체 소형 구슬이 함께 움직이고, 그에 의해 상기 믹싱 챔버 내의 액체의 혼합이 유도될 수 있다.
본 발명의 일 구체예의 또 다른 측면에 의하면, 상기 믹싱 챔버에 포함되는 자성체 소형 구슬; 상기 몸체 하부에서 움직일 수 있는 슬라이더; 및 상기 슬라이더에 장착되고 상기 자성체 소형 구슬에 인력을 인가하여 상기 자성체 소형 구슬을 운동시킬 수 있는 영구 자석을 더 포함하고, 상기 영구 자석을 상기 믹싱 챔버의 해당 반경에 정지시키고 상기 몸체를 회전시킴에 따라 상기 믹싱 챔버 내의 자성체 소형 구슬이 함께 움직이고, 그에 의해 상기 믹싱 챔버 내의 액체의 혼합이 유도될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 혼합(mixing) 동작은 혼합 동작을 수행하고자 하는 상기 믹싱 챔버에 대해 방사방향 탐색 또는 방사방향 탐색과 방위각 방향 탐색이 선행되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 시료 챔버는 상기 잉여 챔버와 연결되어 과량의 유체를 이송하는 정량 유로를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 사이트는 생화학 반응용 시약을 저장하거나, 포획 프로브가 고정된 다공성 멤브레인을 포함할 수 있다. 상기 분석 사이트는 다공성 멤브레인, 및 상기 다공성 멤브레인 상에 고정된 포획 프로브; 상기 기질에 어레이(array) 형태로 스팟팅(spotting)되어 고정된 포획 프로브; 기질에 형성되는 마이크로포어(micro pore), 또는 상기 마이크로포어에 고정된 포획 프로브을 포함할 수 있다.상기 분석 사이트는 다공성 멤브레인, 및 상기 다공성 멤브레인 상에 고정된 라인 또는 스팟(spot) 형태의 다종의 종양 표지자(tumor marker) 또는 질병 표지자를 테스트 라인으로 포함하고, 상기 다공성 멤브레인은 전체적으로 유체의 측방 유동(lateral flow) 또는 관통 유동(flow through)을 허여하는 스트립(strip) 형태를 가질 수 있다. 상기 다공성 멤브레인는 한쪽 말단에 샘플 패드와 콘쥬게이트 패드(conjugate pad), 다른 말단에는 흡수 패드(absorbent pad)를 포함할 수 있다. 상기 종양 표지자 또는 질병 표지자는 AFP, PSA, CEA, CA19-9, CA125, CA15-3 또는 알츠하이머(Alzheimer) 질환의 마커, 또는 심근 경색 표지 인자일 수 있다.
상기 분석 사이트는 상기 다공성 멤브레인 상에 고정된 기준 라인(reference line)과 컨트롤 라인(control line)을 위한 포획 프로브를 더 포함할 수 있다. 상기 기준 라인(reference line)의 반응 농도는 기준치(cutoff value)가 될 수 있다. 예를 들어, 상기 기준 라인의 기준치 농도는 3 ng/ml, 4 ng/ml, 10 ng/ml, 20 ng/ml, 30 ng/ml, 40 ng/ml 또는 50 ng/ml일 수 있다. 예를 들어, 상기 기준 라인과 테스트 라인 간의 반응 강도의 차이에 의해 정성 또는 정량 분석할 수 있다. 예를 들어, 상기 스트립의 백그라운드(background)와 테스트 라인 간의 반응 강도의 차이에 의해 정성 또는 정량 분석할 수 있다. 예를 들어, 상기 복수 개의 기준 라인에 의해 형성된 반응 강도에 대한 선형 함수(linear function)에 의해 테스트 라인의 반응 강도를 결정하여 정성 또는 정량 분석할 수 있다. 상기 기준 라인과 컨트롤 라인에 의해 형성된 반응 강도에 대한 선형 함수(linear function)에 의해 테스트 라인의 반응 강도를 결정하여 정성 또는 정량 분석할 수 있다.
상기 몸체는 온도 측정 기능 또는 분석 사이트 판독 기능 또는 분석 사이트의 판독 결과를 저장 및 송출하는 기능 또는 개인 암호화 기능을 갖는 무선 RF IC를 포함할 수 있다. 상기 박막 원심분리 분석 장치는 상기 분석 사이트의 반응 결과을 검출하기 위한 검출 수단을 더 포함할 수 있다. 상기 검출 수단은 광원 장치 및 광 검출기를 포함하는 분광 광도계일 수 있다. 또한, 상기 검출 수단은 조명 장치 및 이미지 센서(예를 들어, CCD, CMOS, CIS 센서)를 포함하는 광학 측정 장치일 수 있다. 또는 상기 검출 수단은 레이저 빔 장치 및 광 검출기를 포함하는 포토 메트릭(photometric) 측정 장치일 수 있다.
본 발명의 일 구체예의 박막 원심분리 분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법은 랩온어칩, 단백질칩 및 DNA칩과 같은 유체 내 소량의 바이오 및/또는 화학 물질을 진단 및 탐지하는 박막형 장치에 적용가능하다. 예를 들어, 본 발명의 일 구체예에 의한 박막 원심분리 분석 장치는 통상적인 CD-ROM, DVD 등과 같은 박막 디스크 속에 집적화시킬 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 의한 박막 원심분리 분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법은 ELISA/CLISA 분석 방법이 응용된 랩온어칩, Rapid test 방법이 응용된 랩온어칩; 또는 식중독균 검사, 잔류항생제 검사, 잔류 농약 검사, 유전자 변형 식품 검사, 식품 알레르기 검사, 오염 물질 검사 또는 친자 확인, 육류 종류 및 원산지 식별 검사를 위한 랩온어칩 같은 유체 내 소량의 바이오 및/또는 화학 물질을 진단 및 탐지하는 박막형 장치에 적용가능하다. 상기 잔류 농약은 야채, 채소 또는 과일 중에 포함된 농약, 예를 들어, 이들 중 사용량이 가장 많은 유기인계, 카바메이트계 살충제를 포함한다..
본 발명의 일 구체예에 있어서, 바이오 물질은 DNA, 올리고뉴클레오티드, RNA, PNA, 리간드(ligand), 수용체(receptor), 항원, 항체, 우유, 오줌, 타액(saliva), 머리카락, 농작물 샘플, 육류 샘플, 어류 샘플, 조류 샘플, 오수(오염된 물), 가축 샘플, 식품 샘플, 구강 세포, 조직샘플, 타액, 정액, 단백질 또는 기타 생체물질 중에서 선택되는 하나 이상인 것일 수 있다.
오줌 검체시, 상기 박막 원심분리 분석 장치는 백혈구(Leucocyte), 혈액(Blood), 단백질(Protein), 아질산염(Nitrite), pH, 비중(Specific gravity), 글루코오즈(Glucose), 케톤(Ketone), 아스코르브산(Ascorbic acid), 유로빌리노겐(Urobilinogen), 빌리루빈(bilirubin) 분석 등을 수행할 수 있다.
모발(머리카락) 검체시, 혈액이나 뇨 분석에 비해 미네랄을 비롯한 신체의 영양물질 및 독성물질의 축적에 의한 연혁(Historical Record)을 정확히 측정할 수 있는 장점이 있다. 장기간의 무기물 과다 및 결핍을 정확히 알 수 있으며 독성 중금속의 양을 알아내는데 표본이 되며, 이는 알려져 있다.
또한, 본 발명의 일 구체예는 샘플을 주입하기 위한 샘플 주입구; 샘플 주입구로 주입된 샘플을 저장하기 위한 샘플 챔버(sample chamber); 상기 샘플 챔버의 샘플을 원심분리에 의해 정량의 시료와 찌꺼기로 분리하여 따로 저장하기 위한 시료 챔버(analyte chamber) 및 찌꺼기 챔버(remnant chamber); 상기 시료 챔버와 상기 찌꺼기 챔버를 연결하는 병목 채널(bottle neck channel); 상기 시료 챔버에 정량의 시료를 저장하기 위해, 상기 시료 챔버의 잉여분(excess)의 샘플을 저장하기 위한 잉여 챔버; 상기 시료와의 결합(specific binding)을 위한 포획 프로브(capture probe)가 고정화되어 있거나 및/또는 상기 시료와의 생화학 반응을 위한 시약, 예를 들어, 생화학 반응을 하기 위한 바이오 물질이 저장되어 있는 하나 이상의 분석 사이트; 상기 시료 챔버와 상기 분석 사이트를 연결하는 유로 상에 형성된 초친수성 코팅된 액체 밸브; 세정 공정에 의해 상기 포획 프로브와 결합하지 않는 물질(debris)을 모으기 위한 트레쉬 챔버(trash chamber); 및 상기 챔버들, 상기 병목 채널, 상기 분석 사이트, 상기 액체 밸브 및 유로가 집적화된 회전 가능한 몸체를 포함하는 박막 원심분리 분석 장치를 이용한 분석 방법에 있어서, 상기 샘플 주입구를 통해 샘플을 샘플 챔버에 주입하는 단계; 상기 몸체의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해 상기 샘플 챔버 내의 샘플이 상기 시료 챔버와 상기 찌꺼기 챔버로 이동하고, 상기 시료 챔버의 정량을 초과하는 경우 상기 잉여 샘플이 상기 잉여 챔버로 이동하는 단계; 상기 몸체의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해 상기 시료 챔버와 상기 찌꺼기 챔버 내의 샘플이 각각 원심분리되면서 상기 시료 챔버 내의 찌꺼기가 상기 병목 채널을 통해 상기 찌꺼기 챔버로 이동되거나 또는 상기 찌꺼기 챔버 내의 시료가 상기 병목 채널을 통해 상기 시료 챔버로 이동하는 단계; 상기 액체 밸브에 의해 상기 시료 챔버 내에 억류되어 있던 시료가 상기 몸체의 정지시 상기 시료 챔버 내의 시료가 상기 액체 밸브를 통해 친수성 유체이동에 의해 상기 분석 사이트로 이동하는 단계; 및 상기 분석 사이트 내로 이동한 시료를 상기 분석 사이트 내로 유입시켜 상기 분석 사이트 내의 포획프로브와 결합 반응을 수행하거나 상기 분석 사이트 내의 시약과 생화학 반응을 수행하는 단계를 포함하는 분석 방법을 제공한다.
상기 분석 방법은 세정 용액을 첨가하여 상기 분석 사이트를 세정하는 단계; 및 상기 분석 사이트를 건조 및 탈수시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 상기 분석 사이트를 탐색하기 위한 분석 사이트 탐색 단계; 상기 분석 사이트의 반응 결과를 정성 또는 정량 분석하는 단계; 상기 분석에 따른 진단 결과를 컴퓨터 모니터 상에 표시하는 단계; 상기 분석에 따른 진단 결과 또는 문진표를 인터넷 망을 통해 접속되어 있는 의사에게 원격 전송하는 단계; 및 상기 의사로부터 처방을 받는 단계 중 하나 이상의 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 상기 믹싱 챔버 내에 포함된 자성체 소형 구슬을 자력에 의해 운동시켜 상기 믹싱 챔버 내의 액체를 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 상기 몸체의 회전 중심을 기준으로 U자형 또는 V자형 형상을 갖는 액체 밸브를 이용하여 상기 몸체의 회전동안 상기 시료 챔버로부터 원심력에 의한 유체 누출(또는 누수)을 방지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 상기 온도 제어 수단에 의한 분석 사이트의 온도를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 상기 복수 개의 분석 사이트들 중 하나의 특정 분석사이트를 탐색하여 선택하는 단계; 및 상기 특정 분석 사이트의 반응을 검출하는 검출 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 검출 단계는 분광 광도계에 의해 수행될 수 있고, 상기 분광 광도계에 의한 분석 사이트의 분석은 스텝 모터(step motor) 또는 상기 스텝 모터에 연결된 기어에 의한 몸체의 회전각(rotation angle) 제어 또는 방위각 방향 밸브 탐색을 이용한 챔버의 탐색 단계 이후 수행되거나 또는 바탕 용액 챔버에 의한 분석 사이트의 공간 어드레싱(space addrsssing)에 의하여 상기 몸체 회전 동안 시료의 광 흡수율을 연속적으로 계측하여 수행될 수 있다.
상기 분광 광도계의 광원 또는 광원 장치는 백색광 LED, RGB 레이저, 또는 복수 개의 LD(Laser Diode)가 집적화된 LD 모듈일 수 있다.
상기 분광 광도계에 의한 분석 사이트의 판독은 상기 몸체 내의 상부 기질 또는 상기 분석 사이트 내에 반사층이 집적화된 박막 원심분리 분석 장치의 분석 사이트에 상기 분광 광도계의 광원 장치에 의해 얻어진 특정 파장의 빛을 통과시키는 단계, 및 상기 반사층에 의해 반사된 빛을 광 검출기가 검출함으로써 상기 분석 사이트 내의 시료에 의한 광 흡수율을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 분광 광도계에 의한 분석 사이트의 판독은 상기 몸체 내에 집적화된 광 검출기가 시료에 의한 광 흡수율을 측정함으로써 판독 결과를 얻는 단계, 및 상기 몸체 내에 집적화된 무선 RF IC가 상기 판독 결과를 수신하여 외부로 무선 송출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 세정 단계는 상기 분석 사이트에 세정 용액을 첨가하여 상기 분석 사이트를 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 세정 단계는 상기 분석 사이트를 몸체의 회전에 따른 원심력에 의해 건조 및 탈수시키는 건조 단계를 더 포함할 수 있다. 건조 및 탈수 과정에서 생긴 찌거기(debris)는 원심력에 의해 트레쉬 챔버에 모이게 된다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 몸체는 상기 시료 챔버로부터 얻어진 혈청으로부터 DNA 또는 RNA을 준비하기 위한 프렙챔버; 및 상기 DNA 및 RNA을 증폭하기 위한 증폭 챔버; 및 상기 증폭된 DNA을 일정한 길이로 자르기 위한 공정을 수행하기 위한 프레그맨테이션 챔버(fragmentation chamber)을 더 포함할 수 있다. 상기 프레그멘테이션 챔버에서 일정한 길이로 잘려진 DNA는 예를 들어, DNA 캡쳐 프로브(capture probe)가 어레이(array) 형태로 배열된 상기 분석 사이트 내로 투입되어, 상보적 서열(complemetary sequence)갖는 DNA 포획 프로브와 혼성화(hybridization)되어 이중 가닥 DNA(double stranded DNA)를 이룰 수 있다. 혼성화 여부를 탐지하기 위한 다양한 실시예는 알려져 있다. 상기 박박 원심분리 분석 장치는 상기 챔버 이외에 DNA 증폭 및 프레그맨테이션 공정 등에 필요한 공정을 추가하기 위한 챔버가 추가 및 삽입될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 박박 원심분리 분석 장치는 상기 몸체 내에 상기 증폭 챔버 또는 상기 프레그맨테이션 챔버의 공간 어드레싱을 위한 위한 박막 원기둥 자석을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 박박 원심분리 분석 장치는 상기 증폭 챔버 또는 상기 프레그맨테이션 챔버를 가열하기 위한 가열 수단과 및 냉각 수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 증폭 챔버는 PCR(Polymerase Chain Reaction) 공정에 따른 열 순환(써머 사이클, thermo cycle)을 수행하는 것을 포함한다. 상기 증폭 챔버 또는 상기 프레그멘테이션 챔버에 대한 가열 수단의 공간 어드레싱은 방사 방향 탐색과 방위각 방향(azimuthal) 탐색에 의해 이루어질 수 있다.
상기 분석 방법은 프렙 챔버에서 DNA 또는 RNA를 분리하는 단계; 증폭 챔버에서 DNA를 증폭하는 단계; 증폭된 DNA를 적당한 길이로 자르는 프레그맨테이션(fragmentation) 단계; DNA의 한쪽 말단에 표지자를 붙이는 라벨링 (labeling)단계를 더 포함할 수 있다.
상기 DNA 증폭 단계는 열을 식히기 위해 상기 몸체의 고속 회전에 의한 회전 냉각(rotation cooling) 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 프레그맨테이션 단계는 DNA 증폭 후, DNAse을 상기 증폭 챔버로 유입시키는 단계; 상기 가열 수단에 의해 고온으로 가열하여 DNAse의 기능을 정지(인큐베이션 정지) 및/또는 단일 가닥의 DNA을 만드는 단계(denaturing step)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 의한 박막 원심분리 분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법은 랩온어칩, 단백질칩 또는 DNA칩과 같은 유체 내 소량의 물질을 진단 및 탐지하는 박막형 장치에 적용가능하다. 예를 들어, 본 발명의 일 구체예에 의한 박막 원심분리 분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법은 통상적인 CD-ROM 및 DVD 등의 디스크 장치와 같은 박막 속에 원심 분리 장치를 집적화시키는데 적용가능하다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 원심분리 분석 장치 및 이를 구동 제어키 위한 박막 원심분리 분석 장치 드라이브(drive)의 단면도와 평면도를 나타내는 도면이다.
도 3은 BOPM 및 영구 자석이 설치 배치된 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이더(slider)의 상부도를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 박막 원심분리 분석 장치를 구동 및 제어하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 원심분리 분석 장치 드라이브의 측면도를 나타내는 도면이다.
도 5는 그레이팅 미러(grating mirror)를 사용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 광도계를 나타내는 도면이다.
도 6 내지 도 8은 분광 광도계를 이용하여 박막 원심분리 분석 장치 상의 분석 사이트 판독 방법을 구현한 본 발명의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10은 원심분리 동안 액체의 누수를 방지하기 위한 액체 밸브의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 11은 원심분리 과정을 단계 별로 나타낸 도면이다.
도 12는 병목 채널의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 13 내지 도 15는 다공성 멤브레인 상에 다종의 종양 표지자(tumor marker)를 라인(line) 또는 스팟(spot) 형태로 고정시킨 스트립(strip)의 다양한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 16은 분석 사이트가 상이한 섹터에 병렬로 복수 개 배열되어 단일 샘플에 대한 다종의 분석 반응을 위한 랩온어칩의 제반 공정이 배치된 박막 원심분리 분석 장치의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 17은 액체 밸브에 의한 친수성 유체 이동 과정과 원심력에 의한 유체이동 과정을 교대로 반복함으로서 시료 챔버 내의 모든 혈청이 버퍼 챔버로 점진적으로 이동하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 18은 도 17의 다른 형태의 일 실시예로, 원심력에 의해 분석 사이트 내로 혈청을 이동시키는 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 19 내지 도 22는 상기 도 17의 일 실시예에서 희석 용액 저장 챔버를 더 포함하는 경우로서, 이에 대한 동작을 단계별로 나타낸 도면이다.
도 23은 본 발명의 일 구체예에 따른 박막 원심분리 분석 장치를 프런트 로딩(front loading) 또는 탑 로딩(top loading)할 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 원심분리 분석 장치 드라이브를 나타내는 도면이다.
발명의 실시를 위한 형태
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 원심분리 분석 장치 및 이를 구동 제어하기 위한 박막 원심분리 분석 장치 드라이브(drive)의 단면도 및 평면도를 나타낸다.
도 1 및 도 2에 따르면, 박막 원심분리 분석 장치는 통상적인 CD-ROM 및 DVD 등의 디스크 장치와 같은 박막 장치 속에 랩온어칩의 제반 공정이 집적화될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예는 분석에 필요한 각종 버퍼 용액을 저장하고, 다양한 화학 공정 및 원심분리 공정을 수행하기 위한 1 이상의 챔버(130, 131a, 131b, 131c, 133)와 처리된 유체 및 버퍼 용액을 이동시키기 위한 유로(92, 93, 67), 분석 사이트(132) 및 액체 밸브(7)가 박막 디스크 상에 집적화된 박막 원심분리 분석 장치(100); 및 이를 제어 및 구동하기 위한 박막 원심분리 분석 장치 드라이브(100a)를 포함한다.
도 1에 따르면, 식별 번호 100은 박막 원심분리 분석 장치로서, 그의 몸체 또는 기질을 포함하고, 상부 기질(1), 중간 기질(2) 및 하부 기질(3)이 적층에 의해 형성되며, 이들 각각은 사출 성형 공정 동안 기질 표면에 유체가 흐를 수 있는 상기 유로(92, 93, 67); 액체 밸브(7); 샘플 챔버(130), 시료 챔버(131a), 찌꺼기 챔버(131b), 잉여 챔버(131c), 분석 사이트(132) 및 트레쉬 챔버(133)를 포함한다. 이들은 서로 밀착 부착되어 박막 원심분리 분석 장치(100)를 이룰 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 의한 박막 원심분리 분석 장치에 있어서, 상기 시료 챔버(131a)는 상기 샘플 챔버(130)로부터의 샘플의 이동으로 인한 공기압을 배출하기 위한 배기구(12)를 더 포함할 수 있으며, 상기 배기구(12)는 원심력의 반대 방향으로 배치될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 배기구(12, 13)과 병목 채널(67)은 박막 유로에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 박막 유로는 유로 형상이 설계된 박막 접착 테이프에 의해 기질들(1, 2, 3)의 층 사이에 형성될 수 있다. 즉, 상기 기질들(1, 2, 3)은 박막 접착 테이프에 의해 서로 밀착 부착되어 하나의 박막 원심분리 분석 장치(100)를 이룰 수 있으며, 상기 박막 유로는 기질층 사이에서 박막 테이프가 빠진 부분에 박막 유로(channel)가 형성될 수 있다. 박막 유로는 유로의 높이가 박막 접착 테이프의 두께에 의해 결정될 수 있으며, 그 높이가 매우 낮기 때문에, 유체에 대해 강한 모세관 현상이 일어날 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 박막 접착 테이프의 두께는 예를 들어, 0.001mm 내지 0.1mm일 수 있다.
이하, 샘플이 혈액인 경우를 예를 들어 도 1 및 도 2의 일 실시예를 설명한다.
식별 번호 120은 샘플을 주입하기 위한 디스펜서(dispenser) 또는 피펫 또는 주사기 또는 란셋(lancet) 또는 샘플 주입 수단을 나타내고, 식별 번호 121은 샘플 주입구이고, 식별 번호 170은 디스크 공극을 나타낸다.
식별 번호 130은 샘플 주입구로 주입된 혈액를 저장하기 위한 샘플 챔버(sample chamber)이다. 상기 샘플 챔버(130) 내의 혈액은 몸체(100)의 초기 회전 동안 유로(92)를 통해 시료 챔버(131a)와 찌꺼기 챔버(131b)로 이동하고, 정량 이상의 혈액은 정량 유로(93)을 통해 잉여 챔버(131c)로 이동된다. 이후, 상기 몸체(100)의 회전에 의한 원심력에 의해 시료 챔버(131a)와 찌꺼기 챔버(131b)에 저장된 각각의 혈액에 대해 독립적으로 원심분리가 일어나, 시료 챔버(131a)의 혈액 뿐만 아니라, 찌꺼기 챔버(131b) 내의 혈액도 혈청과 적혈구로 분리된다.
식별 번호 67은 상기 시료 챔버(131a) 와 찌꺼기 챔버(131b)를 연결하는 병목채널이다. 상기 병목 채널(67)은 몸체(100)의 회전에 의해 발생되는 원심력에 의해 상기 시료 챔버(131a)와 찌꺼기 챔버(131b) 내의 혈액이 각각 원심분리되면서 시료 챔버(131a) 내의 적혈구가 찌꺼기 챔버(131b)로 이동하거나 찌꺼기 챔버(131b) 내의 혈청이 시료 챔버(131a) 내로 이동하기 위한 통로를 제공한다. 즉, 상기 병목 채널(67)은 원심분리 중에 혈청과 적혈구가 시료 챔버(131a)와 찌꺼기 챔버(131b) 간을 자유로이 이동할 수 있는 통로를 제공한다. 도 1에 따르면, 찌꺼기 챔버(131b)가 시료 챔버(131a)보다 더 몸체의 바깥 원주 쪽에 배치되어 있기 때문에, 원심분리 중 혈청과 적혈구의 병목 채널(67)을 통한 이동의 결과로서, 찌꺼기 챔버(131b)에는 적혈구가 모아지고, 시료 챔버(131a)에는 혈청이 모아진다. 원심분리 동안 혈청과 적혈구 간의 이동을 위해 상기 병목 채널(67)은 두 개의 박막 유로(채널)로 구성될 수 있다. 이러한 두 개의 박막 유로(채널)로 구성된 병목 채널(67)은 찌꺼기 챔버(131b)에 별도의 배기구를 형성하지 않을 수 있다. 즉, 몸체(100)의 회전 동안에는 원심력에 의해 시료 챔버(131a)의 배기구(13)는 찌꺼기 챔버(131b)에 대한 배기구 역할도 한다. 하지만 몸체(100)의 정지 동안에는 원심력이 존재하지 않기 때문에 시료 챔버(131a)의 배기구(13)는 찌꺼기 챔버(131b)의 배기구 역할을 할 수 없다.
혈액을 아무리 원심분리를 잘하더라도 회전을 멈추면 적혈구는 혈청과 다시 섞여 버릴 수 있다. 즉, 원심분리 후, 혈청만 뽑아내기 위해서는 몸체(100)의 회전을 멈추어야 하는데, 이 경우 적혈구와 혈청이 다시 섞여 버려 혈청만 뽑아내는 것이 어려워 질 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해, 일차적으로 상기 시료 챔버(131a)와 상기 찌꺼기 챔버(131b)를 공간적으로 분리하여 따로 두고, 이차적으로는 상기 시료 챔버(131a)와 상기 찌꺼기 챔버(131b) 간의 유체 이동을 막는 병목 채널(67)을 두고, 삼차적으로는 상기 찌꺼기 챔버(131b)를 높이가 낮은(좁은) 모세관 챔버로 구성함으로서, 상기 찌꺼기 챔버(131b) 자체의 모세관 현상 또는 상기 찌꺼기 챔버(131b)의 표면과 적혈구 간의 결합력에 의해 적혈구가 상기 찌꺼기 챔버(131b)에 그대로 잔류토록 하여 상기 시료 챔버(131a) 내의 혈청과 다시 섞이지 않게 하였다. 상기 찌꺼기 챔버(131b)의 표면과 적혈구 간의 결합력은 적혈구의 강한 점도(viscosity)에 기인하며, 상기 찌꺼기 챔버(131b)를 모세관 챔버로 구성하는 경우 원심분리된 적혈구는 회전을 멈추더라도 혈청과 다시 섞이지 않고 상기 찌꺼기 챔버(131b)의 표면에 적혈구가 결합된 채로 그대로 남아있다. 따라서 상기 시료 챔버(131a) 내의 혈청은, 몸체의 정지동안에도 상기 찌꺼기 챔버(131b)의 적혈구와 다시 섞이지 않아 원심분리된 채로 남아있게 된다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 잉여 챔버(131c)는 정량을 초과하는 잉여분(excess)의 혈액을 몸체(100)의 회전 동안 원심력에 의해 정량 채널(93)을 통해 상기 잉여 챔버(131c)로 이동시킬 수 있다. 상기 정량 채널(93)의 높이 조절(방사 방향의 거리에 해당)에 따라 상기 시료 챔버(131a)에 남게 되는 혈액(또는 혈청)량이 결정될 수 있다. 상기 정량 채널(93)의 높이 이상의 혈액은 회전 동안 원심력에 의해 정량 채널(93)을 통해 잉여 챔버(131c)로 이동할 수 있다.
식별 번호 290a는 박막 원심분리 분석 장치(100)의 생산 및 조립시 필요한 정렬(alignment)을 위한 기준 구멍이다. 상기 기준 구멍(290a)은 지그(jig)에 설치된 고정축(fixture)에 삽입된다.
식별 번호 132는 상기 시료 챔버(131a) 내의 혈청과 결합, 예를 들어, 생물학적 특이 결합(specific binding)을 하기 위한 포획 프로브(capture probe)가 고정화되어 있거나 및/또는 시료와의 반응, 예를 들어, 생화학 반응을 하기 위한 시약이 저장되어 있는 분석 사이트이다.
식별 번호 41은 상기 분석 사이트(132)에 내장된 포획 프로브가 고정화된 다공성 멤브레인 또는 스트립(strip)이다. 식별 번호 13은 상기 분석 사이트(132) 내에 설치된 배기구로서 상기 몸체(100)의 고속 회전시 공기 흐름(air stream)을 형성하여 상기 스트립(41)의 건조를 빠르게 진행되게 한다. 세공 공정 전에 상기 스트립(41)을 건조시켜 세정 공정 동안 세정액이 스트립(strip) 상에서 잘 확산(diffusion)되도록 하여 확산력(diffusion force)에 의해 백그라운드 노이즈(background noise) 성분을 세정하게 할 수 있다.
상기 원심분리 동안 액체 밸브(7)에 의해 시료 챔버(131a) 내에 억류되어 있던 혈청이 상기 몸체(100)의 회전 정지시 친수성 유체 이동에 의해 혈청이 액체 밸브(7)를 통해 상기 분석 사이트(132)로 이동할 수 있다.
식별 번호 133은 세정 공정에 의해 생성된 물질(debris)을 모으기 위한 트레쉬 챔버(trash chamber)로서, 상기 몸체(100)의 고속 회전 동안 상기 분석 사이트(132)의 포획 프로브와 결합을 이루지 못한 물질(debris)이 유로(94)를 통해 상기 트레쉬 챔버(133)로 모인다.
식별 번호 211은 영구 자석(5a)을 탑재한 슬라이더(slider)로 슬라이드(slide) 모터(109)와 연결되어 구동제어 된다.
유체 이동은 몸체의 회전력에 의한 원심력 또는 유로의 초친수성 코팅에 의한 유체 이동에 의한다.
식별 번호 291은 상기 분석 사이트(132)를 공간 어드레싱하기 위한 박막원기둥 자석이다.
식별 부호 103a는 통상의 광학 디스크(예를 들어, CD 또는 DVD)의 재생을 위한 광 픽업장치이고, 식별 부호 103b는 상기 분석 사이트(132)를 정량 분석 또는 정성 분석하기 위한 분석 사이트(132)의 판독 장치로 광 투과율 측정 장치, 형광 탐지 장치, 이미지 센서 장치, 분광 광도계(spectrometer) 또는 SPR(Surface Plasmon Resonance) 탐지 장치일 수 있고, 광 픽업 장치(103a)와 분석 사이트 판독 장치(103b)는 바이오 광 픽업모듈(BOPM) 장치(103)를 구성한다. 상기 형광 탐지 장치 및 SPR탐지 장치는 대한 다양한 실시예는 알려져 있다.
본 발명의 일 구체예에 따른 박막 원심분리 분석 장치는 상기 분석 사이트(132)에 대한 공간 어드레싱(space addressing)이 가능하도록 슬라이더(211) 상에 탑재된 BOPM(Bio Pickup Optical Module) 장치(103)와 이것의 이동을 제어하기 위한 슬라이드 모터(109)를 포함하고, 슬라이더(211) 상에는 상기 박막 원기둥 자석(291)에 인력을 작용시키기 위한 영구 자석(5a)을 탑재하고, 슬라이드 모터(109)의 제어에 의해 BOPM 장치의 좌표가 이동 제어될 수 있다. 상기 분석 사이트(132)에 대한 공간 어드레싱(space addressing)은 방사 방향 탐색과 방위각 방향(azimuthal) 탐색에 의해 이루어 질 수 있다.
상기 방사 방향 탐색과 방위각 방향(azimuthal) 탐색의 일 실시예는 하기와 같다. 방사 방향 탐색은 방사 방향(radial)으로 영구 자석(5a)을 이동시키는 과정으로, 상기 박막 원기둥 자석(291)의 해당 반경으로 상기 슬라이더(211) 상의 영구 자석(5a)을 이동시킴으로써 이루어 진다. 이후, 해당 반경 상에서 영구 자석(5a)과 박막 원기둥 자석(291)을 일치시키기 위해 방위각 방향(azimuthal) 탐색이 필요하다. 이는 슬라이더(slider)(211)을 중지한 채, 스핀들(spindle) 모터(102)를 서행시키거나, 또는 스핀들(spindle) 모터의 짧은 회전과 중지의 반복 동작을 통해 이루어질 수 있다. 스핀들(spindle) 모터의 서행 또는 여러 차례의 짧은 회전을 통해, 슬라이더(211) 상의 영구 자석(5a)과 해당 반경 상에 있는 박막형 원기둥 자석(291)과 일치하게 되면, 그들 간의 강한 인력으로 인해 서행 또는 짧은 회전에 의해 더 이상 몸체(100)를 회전시키지 못하고 이 경우 영구 자석(5a)과 박막 원기둥 자석(291) 간의 정렬이 이루어 질 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 구체예에 의하면, 상기 방위각 방향 탐색은 방위각 방향 탐색 필요 시점에서 스핀들 모터(102)의 축에 기계적으로 연결 접속되는 스텝 모터의 회전 제어에 의해 이루어질 수 있다. 스텝 모터의 회전에 따라 스핀들 모터(102)의 회전 각도가 제어될 수 있다.
식별 번호 116b은 슬라이더(211) 상의 BOPM(103) 에 필요한 각종 제어 신호를 연결하기 위한 프렉셔블 케이블(flexible cable)로서, 웨이퍼 또는 하네스(wafer 또는 harness)(116a)를 통해 중앙 제어 장치(101)와 연결된다.
식별 번호 181은 박막 원심분리 분석 장치(100)을 올려놓기 위한 턴 테이블(turn table)로서, 몸체의 중심 공극(170)을 통해 턴 테이블에 프런트(front) 또는 탑(top) 로딩된다. 식별 번호 188은 메모리 내장형 무선 RF IC 또는 전자 태그(tag) 장치로서, 랩온어칩 공정을 위한 프로토콜, 분석 사이트(132)의 판독 결과, 분석 알고리즘, 판독을 위한 표준 제어값 및 분석 사이트(132)에 대한 위치 정보, 생물정보학(bioinformatics) 정보, 자기 진단(self diagnosis)에 관련된 정보를 포함한다. 또한, 개인 암호화 정보 및 박막 원심분리 분석 장치의 ID(identification)가 저장될 수 있어, 타인이 함부로 사용할 수 없도록 할 수 있다. 상기 무선 RF IC(188)는 스마트 IC 카드를 포함한다. 상기 무선 RF IC(188) 정보는 무선 송수신을 통해 중앙 제어 장치(101)에 제공되며, 개인 암호화를 위해 활용될 수 있다. 식별 번호 110은 상기 무선 RF IC(188)에 전원을 공급하기 위한 무선 전파 발생 수단이다. 상기 무선전파 발생 수단(110)에 의한 교류 자계는 플레밍 법칙에 따라 무선 RF IC(188) 속에 내장된 유도 코일을 감응시켜 충분한 양의 전기를 생산해 무선 RF IC(188)에 전원을 공급한다. 상기 무선 전파 발생 수단은 다극(multipole) 영구 자석을 구비하여 몸체(100)의 회전에 따라 발생된 교류 자계에 의해 상기 무선 RF IC(188) 속에 내장된 유도 코일에 전류를 발생시키는 것일 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 다극(multipole) 영구 자석은 상기 몸체(100)를 로딩(loading)하기 위한 트레이(tray) 상에 원주상으로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따른 박막 원심분리 분석 장치에 있어서, 상기 무선 RF IC(188)는 온도 측정 기능을 갖고 있어 상기 분석 사이트(132)의 온도를 계측하여 중앙 제어 장치(101)에 무선 송신할 수 있다. 상기 분석 사이트(132)의 온도가 너무 높거나 낮으면 가열 수단 또는 냉각 수단에 의해 일정한 온도를 유지할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 분석 사이트(132)의 온도는 시료와의 반응, 예를 들어, 생화학적 활성 및 안정성이 고려된 섭씨 30 내지 37도 사이에서 선택된 온도를 유지하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 구체예에 따른 박막 원심분리 분석 장치에 있어서, 상기 무선 RF IC(188)는 박막 분석 장치의 잔류 농약 검사 및 잔류 항생제 검사에 따른 검사 일자 및 검사 결과, 유효 기간, 농축산 생산 지역, 생산 및 재배 이력, 유통 이력, 재배 농가의 연락처, 가격, 유기농 여부 등에 대한 정보가 포함할 수 있다. 구매자 및 농축산 유통업체는 상기 정보에 의해 농축산물을 안심하고 구입할 수 있다. 일반 소비자는 박막 원심분리 분석 장치(100)를 RF IC 판독기에 갖다 대거나 또는 박막 원심분리 장치 드라이브(100a)에 로딩함으로써 그에 대한 정보를 알 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따른 박막 원심분리 분석 장치에 있어서, 상기 무선 RF IC(188)는 박막 원심분리 분석 장치의 검사 결과를 무선 RF IC(188)에 내장된 메모리에 저장할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따른 박막 원심분리 분석 장치에 있어서, 상기 무선 RF IC(188)는 상기의 분석 사이트 판독 장치를 제어하고, 그 판독 결과를 중앙 제어 장치(101) 또는 저장 장치(112) 또는 입출력 장치(111)로 무선 송신할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따른 박막 원심분리 분석 장치에 있어서, 상기 입출력 장치는 USB(Universal Serial Bus) 또는 IEEE1394 또는 ATAPI 또는 SCSI 또는 인터넷 통신망의 통신 규격을 갖는 것일 수 있다. 또한, 상기 입출력 장치(111)를 통해 박막 원심분리 분석 장치(100) 사용자의 신장, 체중, 성별, 연령 등을 입력할 수 있다.
도 2는 액체 밸브(7)의 말단과 분석 사이트(132) 사이에 샘플 패드(41a) 또는 흡수 패드(41b)를 구비하여 상기 U자형 또는 V자형 형상을 갖는 친수성 유로(7)를 통해 시료 챔버(131a) 내의 혈청을 빨아들이는 흡입력(absorption force)에 의해 시료 챔버(131a) 내의 혈청을 분석 사이트(132)로 이동시키기는 흡수 펌프의 일실시예를 나타낸다. 상기 흡수 펌프에 의해 시료 챔버(131a) 내의 혈청을 분석 사이트(132)로 이동시켜 시료 챔버(131a)를 비울 수 있다. 상기 시료 챔버(131a) 내의 시료가 액체 밸브(7)를 통해 분석 사이트(132)로 빠져 나간 후, 상기 병목 채널(67)의 유체에 대한 강한 모세관 현상으로 인해 찌꺼기 챔버(131b) 내의 유체는 액체 밸브(7)로 이동하지 않는다. 즉, 병목 채널(67)의 유체에 대한 강한 모세관 현상은 상기 흡수 펌프에 의한 유체이동력과 균형을 이루어 유체는 더 이상 분석 사이트(132)로 이동하지 않는다. 식별 번호 41b는 흡수 패드이고, 식별 번호 41a는 샘플 패드와 콘쥬게이드 패드로서, 상기 패드들은 다공성 멤브레인(41c)의 말단에 각각 연결된다.
도 3은 BOPM(103) 및 영구 자석(5a)이 설치 배치된 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이더(slider)의 상부도이다. 상기 슬라이더(slider)는 슬라이드 모터(109) 축에 연결된 웜(worm) 기어 연결부(109a, 109b)에 의해 이동 제어될 수 있다. 상기 슬라이더(slider)는 슬라이드 아암(108a, 108b)를 가이드(guide)로 사용하여 미끄러지듯 이동된다. 상기 슬라이드 아암(108a, 108b)는 나사(110a, 110b, 110c, 110d)을 통해 박막 원심분리 분석 장치 드라이브(100a, 도 1 참조)의 몸체에 체결된다. 도면 부호 116b는 플렉셔블 케이블(flexible cable)이며, 웨이퍼 또는 하네스(116a)을 통해 연결된다. 도면 부호 181은 상기 스핀들(spindle) 모터(102, 도 1 참조)에 의해 회전하는 턴 테이블이다.
도 4는 도 1의 박막 원심분리 분석 장치(100)를 구동 및 제어하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 원심분리 분석 장치 드라이브(100a)의 측면도이다. 식별 번호 300은 박막 원심분리 분석 장치 드라이브(100a)를 지지하고 있는 몸체이다. 박막 원심분리 분석 장치 드라이브 밑면에는 회로 기판(140)이 상기 박막 원심분리 분석 장치 드라이브의 몸체(300)에 이음 체결되고, 회로 기판 (140) 위에 박막 원심분리 분석 장치 드라이브(100a)를 제어하기 위한 중앙 제어 장치(101), 저장 장치(112) 및 입출력 장치(111)가 상기 회로 기판(140) 위에 배치 설계되어 있다. 상기 중앙 제어 장치(101)는 상기 박막 원심분리 분석 장치(100)의 회전 또는 정지를 위해 스핀들(spindle) 모터(102)를 제어할 뿐만 아니라, 슬라이드(slide) 모터(109) 제어에 의해 슬라이더(211) 상에 설계 배치된 바이오 광 픽업모듈(BOPM)의 이동을 제어할뿐만 아니라 박막 원심분리 분석 장치(100)의 분석 사이트(132)를 공간 어드레싱하기 위해 영구 자석(5a)의 위치를 이동시킨다. 상기 영구 자석(5a)은 박막형 원기둥 자석(291, 도 1 참조)에 대해 효과적으로 자력을 전달할 수 있다. 또한, 상기 중앙 제어 장치(101)는 현재 박막 원심분리 분석 장치 드라이브(100a)에 로딩(loading)된 디스크가 통상의 광 디스크(예를 들어, 음악 CD, CD-R, 게임 CD, DVD 등)인지 박막 원심분리 분석 장치(100)인지 여부를 판단하여, 통상의 광 디스크인 경우 디스크로부터 읽은 내용을 상기 광 픽업 장치(103a, 도 3 참조)로부터 저장 장치(112) 또는 입출력 장치(111)로 전송하거나, 또는 쓸 내용을 광 픽업 장치(103a, 도 3 참조)로 보내고, 재생/기록(Read/Write)에 필요한 각종 제어 신호를 상기 각 부분에 제공하는 등의 광 디스크를 위한 통상의 동작을 수행한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 박막 원심분리 분석 장치의 로딩(loading) 시점에서 박막 원심분리 분석 장치 상의 무선 RF IC(188)를 통해, 상기 중앙 제어 장치(101)에 박막 원심분리 분석 장치(100)의 고유 ID를 무선 송신함으로써, 현재 박막 원심분리 분석 장치 드라이브(100a)에 로딩(loading)된 디스크가 박막 원심분리 분석 장치임을 중앙 제어 장치(101)가 인식하도록 할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 박막 원심분리 분석 장치(100) 상에 내장된 무선 RF IC(188)에 의해 분석 사이트(132)에 대한 판독 결과를 무선 통신에 의해 중앙 제어 장치(101) 또는 저장 장치(112) 또는 입출력 장치(111)로 보낸다. 또는, 상기 분석 사이트(132)에 대한 판독은 상기 회로 기판(140) 위에 배치 설계된 이미지 센서 장치(144)에 의해 얻어진 분석 사이트(132)에 대한 이미지 정보를 중앙 제어 장치(101) 또는 저장 장치(112) 또는 입출력 장치(111)로 보냄으로써 이루어 질 수 있다. 식별 번호 104는 디스크 공극에 로딩된 박막 원심분리 분석 장치(100)의 압착 수단으로 턴테이블(181)과의 자력에 의한 인력에 의해 압착하는 것으로 수직 이동과 공회전이 허여되도록 설계될 수 있다.
식별 번호 144a는 상기 이미지 센서 장치의 조명(illumination)을 위한 한 개 이상의 LED(light Emitting Diode)이며, 상기 이미지 센서 장치(144) 또는 LED(144a)는 슬라이더(211) 상에 탑재되거나 분석 사이트(132) 상측 또는 하측에 설치될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 LED는 다양한 파장의 빛을 발광하는 다색 LED(Multi color LED)를 포함하며, 다양한 파장(wavelength)의 조명 하에서 분석 사이트(132)에 대한 반응 강도(reaction intensity)를 칼라 강도(color intensity)에 의해 표현된 영상 정보로서, 얻을 수 있으며, 이들 파장과 칼라 강도 간의 2차원적 상관 관계에 의해 분석 사이트(132)의 반응 결과를 정량 분석 또는 정성 분석할 수 있다. 상기 다색 LED(Multi color LED)는 R,G,B LED를 포함한다. 식별 번호 107은 레이저 빔 발생 장치로서, 형광 표지된 분석 사이트 내의 시료를 여기(excitation) 시키는데 사용되며, 이 경우 상기 이미지 센서 장치(144)에 의해 분석 사이트에 대한 이미지 정보를 얻을 수 있다. 식별 번호 108은 분광 광도계(spectrometer)로 분석 사이트의 광 투과율 또는 광 흡수율을 측정하기 위한 복수 개의 빛 파장(wavelength)을 출력하고, 각 파장에 따른 광 투과율 또는 광 흡수율을 측정하여 분석 사이트(132)의 반응 결과를 판독한다. 일반적으로 분광 광도계는 광원(light source), 파장 선택 장치(wavelength selector), 시료 용기(시험관 또는 분석 사이트(132)), 및 광 검출기(photo detector)를 포함하고, 이는 알려져 있다. 분광 광도계는, 바탕 용액을 이용하여 투광도가 100％ (흡광도 0)가 되도록 장치를 조절한 후, 분석 사이트의 시료 용액에 대한 흡광도를 측정한다. 광원(light source)은 시료 분석에 요구되는 파장 범위에 있는 충분한 에너지의 빛을 일정한 양으로 낼 수 있어야 한다. 광원은 텅스텐 등(tungsten filament lamp), 수소 등(hydrogen or deuterium lamp), 백색광 LED, 레이저(Laser)가 사용될 수 있으며, 본 발명의 일 구체예에서는 백색광 LED 또는 RGB 레이저 또는 복수 개의 LD(Laser Diode)가 집적화된 LD 모듈일 수 있다. 상기 RGB 레이저는 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue) 광을 출력하는 3개의 레이저가 하나의 모듈 형태를 이룬 장치로서, 이들 3개의 레이저 출력 파워 조합에 의해 시료 분석에 요구되는 다양한 파장의 빛을 얻을 수 있다. 상기 LD 모듈은 서로 다른 파장을 갖는 복수 개의 LD(Laser Diode)을 모듈화한 것으로서, 해당 파장의 빛을 출력하는 LD를 차례로 온(On) 시켜가면서 해당 파장에 대한 시료의 광 흡수율을 측정할 수 있다. 광원에서 나온 빛으로부터 특정 파장의 빛을 얻는 것은 분광 광도계에서 중요한 부분일 수 있다. 이상적인 경우 엄밀한 의미에서의 단색광(monochromatic radiation)을 얻는 것이지만, 현실적으로 이것은 매우 어렵기 때문에 어떤 범위의 파장 분포를 보이는 빛은 스펙트럼의 대역폭(band width)을 명시하여 단색화(monochromatization) 정도를 나타낼 수 있다. 광원으로부터 단일 파장에 가까운 빛일수록 측정의 감도(sensitivity)와 분해능(resolution)이 더 커질 수 있다. 원하는 파장의 빛은 파장 선택 장치(wave length selector)에 의해 얻을 수 있고, 상기 파장 선택 장치는 필터 또는 그레이팅 미러(grating mirror) 또는 이의 조합을 사용할 수 있다. 상기 그레이팅 미러(grating mirror)는 입사된 빛을 파장 별로 분산시켜 반사시켜 주는 일종의 프리즘과 같은 역할을 담당하게 된다.
도 5는 그레이팅 미러(grating mirror)를 사용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 광도계(108, 도 4 참조)를 나타낸다.
도 5에 따르면, 광원(40)으로부터 백색광을 렌즈(42)에 의해 빔(beam)으로 집속시킨 후, 1차 H-슬릿(slit)과 V-슬릿(slit)(45a)을 통과시켜 스팟 빔(spot beam)을 만들고, 상기 스팟 빔(spot beam)을 그레이팅 미러(grating mirror)(43)에 입사시키면 상기 그레이팅 미러(43)에서 반사된 빛이 위상 공간 상에서 파장 별로 분리된다. 그레이팅 미러(43)에서 반사되어 위상 공간 상에서 분리된 빛 중 특정 파장의 빛만 취하기 위해 특정 각도에 2차 H-슬릿(slit) 및 V-슬릿(slit)(45b)을 고정배치한다. 이 경우 그레이팅 미러(43)를 회전시킴으로써 상기 2차 H-슬릿(slit) 및 V-슬릿(slit)(45b)을 통과하는 빛의 파장을 가변시킬 수 있다. 즉, 그레이팅 미러(43)의 회전 각도를 제어함에 의해 원하는 특정 파장 영역의 빛을 얻을 수 있다.
이렇게 얻은 특정 파장의 빛을 분석 사이트(132)에 통과시킨 후, 이를 상기 광 검출기(46)가 측정함으로써 분석 사이트 내의 시료의 광 흡수율 또는 광 투과율 또는 칼라 강도(Intensity of color)을 측정하여 시료의 반응 결과를 정성 분석 또는 정량 분석한다. 상기 시료의 반응 결과를 정성 분석 또는 정량 분석하는 방법에는 종점(end point)법, 속도 분석(Rate Assay)법, 개시 속도(initial rate)법 등이 있고, 이는 알려져 있다.
식별 번호 40은 분광 광도계(108)의 광원(light source)이고, 상기 파장 선택 장치(wavelength selector)는 그레이팅 미러(43)의 회전 각도를 제어하기 위한 스텝 모터(step motor)(44), 상기 광원으로부터 발생된 빛을 집속하기 위한 렌즈(42)와 집속된 빔을 스팟 빔(spot beam)으로 만들기 위한 1차 H-슬릿(slit)과 V-슬릿(slit) (45a), 스팟 빔(spot beam)을 파장 별로 분리시키기 위한 그레이팅 미러(43); 및 그레이팅 미러(43)에서 반사된 특정 각도의 빔(즉, 특정 파장의 빛)만을 통과시키기 위한 2차 H-슬릿(slit)과 V-슬릿(slit)(45b)을 포함한다. 상기 광원(40)과 파장 선택 장치에 의해 얻어진 특정 파장의 빛을 분석 사이트(132)에 통과시키고 분석 사이트 내의 시료에 대한 광 흡수율을 광 검출기(46)가 측정함으로써 시료의 반응 결과를 정성 분석 또는 정량 분석한다. 상기 스텝모터(44)를 회전시켜 여러 파장(wavelength)의 빛을 분석 사이트(132)에 통과시켜 분석 사이트 내의 시료에 대한 광 흡수율을 파장(wavelength) 별로 측정할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 1차 H-슬릿(slit)과 V-슬릿(slit) 또는 2차 H-슬릿(slit)과 V-슬릿(slit)은 광 섬유(optical fiber)가 대신 사용될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에서는 이하, 상기 광원, 렌즈, 1차 H-슬릿(slit)과 V-슬릿(slit) 또는 1차 광 섬유(45a), 그레이팅 미러(43), 2차 H-슬릿(slit)과 V-슬릿(slit)(45b) 또는 2차 광 섬유 간의 다양한 조합을 광원 장치(99a)라 칭한다. 상기 LD 모듈과 RGB 레이저 모듈은 단독으로 상기 광원 장치(99a)를 구성할 수 있으며, 이 경우 광원 장치(99a)가 단순화될 수 있다.
도 6 내지 도 8은 분광 광도계(108)를 이용하여 박막 원심분리 분석 장치(100) 상의 분석 사이트(132) 판독 방법을 구현한 본 발명의 실시예를 나타낸다. 식별 번호 555는 상기 광 검출기(46)의 판독을 위한 투명 개구부이다.
도 6에 따르면, 상기 분광 광도계(108)의 광 검출기(46)가 박막 원심분리 분석 장치(100)의 상측에 설치되고, 광원 장치(99a)가 하측에 설치된 경우로서, 상기 광원 장치(99a) 및 상기 광 검출기(46)가 모듈화된 분광 광도계(108)를 이용하여 박막 원심분리 분석 장치(100)의 원주 방향으로 배열된 복수 개의 분석 사이트(132)를 판독한다. 이 경우 박막 원심분리 분석 장치(100)의 회전에 따라, 박막 원심분리 분석 장치(100)에 원주 방향으로 내장된 복수 개의 분석 사이트(132)마다 일대일 대응하여 공간 어드레싱(space addressing) 하여 판독할 수 있다. 분광 광도계(108)는, 먼저 바탕 용액을 이용하여 투광도가 100％(흡광도 0)가 되도록 장치를 조절한 다음 복수 개의 분석 사이트 내의 시료 용액에 대한 흡광도를 측정할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 복수 개의 분석 사이트 중 한 개 이상의 분석 사이트는 조절(calibration)을 위한 바탕 용액 챔버를 포함할 수 있다.
도 7의 왼쪽 그림에 따르면, 상기 박막 원심분리 분석 장치(100) 내의 상부 기질(1) 또는 분석 사이트 내에 반사층(99b)을 집적화시키고, 상기 광원 장치(99a) 및 광 검출기(46)를 박막 원심분리 분석 장치(100)의 하측에 모듈화한 분광 광도계(108)를 배치한다. 상기 광원 장치(99a)에 의해 얻어진 특정 파장의 빛을 분석 사이트(132)에 통과시키고, 상기 반사층(99b)에 의해 반사된 빛을 광 검출기(46)가 측정함으로써 분석 사이트 내의 시료에 의한 광 흡수율을 계측한다.
도 7의 오른쪽 그림은 상기 광 검출기(46)가 박막 원심분리 분석 장치(100)의 분석 사이트(132) 내에 집적화된 경우를 나타낸다. 이 경우 복수 개의 분석 사이트(132)에 대해 일대일 대응하여 상기 광 검출기(46)가 배열된다. 이러한 광 검출기(46)가 박막 원심분리 분석 장치(100) 내에 집적화된 경우 광의 경로(optical traveling path)가 짧아져 광 검출기(46)의 수신 감도가 높아져 민감도를 높힐 수 있다. 박막 원심분리 분석 장치(100) 내에 집적화된 광 검출기(46)의 판독 결과는 상기 무선 RF IC(188)에 의해 읽혀진 후 중앙 제어 장치(101, 도 1 참조)로 무선 송출된다.
도 8에 따르면, 상기 도 7의 왼쪽 그림에 예시된 것 같은 반사층(99b)을 상부 기질(1)에 집적화시키고, 박막 원심분리 분석 장치(100)의 원주 방향으로 복수 개의 분석 사이트(132, 도 7 참조)가 배열되어 있다. 분광 광도계(108)에 의해, 박막 원심분리 분석 장치(100)에 원주 방향으로 내장된 복수 개의 분석 사이트마다 일대일 대응하여 공간 어드레싱에 의해 순차적으로 판독이 가능하다. 이 경우 광원 장치(99a)는 분석 사이트(132)마다 시료의 특성에 맞는 파장(wavelength)의 빛을 선택하여 출력함으로써 흡광도를 측정한다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 분광 광도계(108)에 의한 분석 사이트(132)의 순차적 판독은 상기 슬라이더(211) 상에 분광 광도계(108)를 탑재하여 방사 방향 탐색과 방위각 방향(azimuthal) 탐색에 의해 분석 사이트에 대한 공간 어드레싱이 선행되는 것일 수 있다. 상기 이미지 센서장치는 CCD 또는 CMOS 또는 픽셀(pixel) 단위로 광량을 센싱하는 라인 이미지 센서(line image sensor)를 포함한다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 라인 이미지 센서는 리니어 센서 어레이(linear sensor array) 또는 CIS(Contact Image Sensor)를 포함한다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 이미지 센서 장치를 구비한 BOPM(103)이 분석 사이트의 이미지 정보를 얻기 위해 상기 슬라이더(slider)(211)를 이동시킬 수 있다. 분석 사이트 판독 전 상기 슬라이더(211) 상에 이미지 센서 장치를 탑재하여 방사 방향 탐색과 방위각 방향(azimuthal) 탐색에 의해 분석 사이트에 대한 공간 어드레싱이 선행되는 것일 수 있다.
도 9 및 도 10은 원심분리 동안 액체의 누수(leakage)를 방지하기 위한 액체 밸브의 일실시예를 나타낸다. 상기 액체 밸브(7)는 몸체(100)의 고속 회전시, 시료 챔버(131a)에 들어 있는 혈청이 영문 알파벳 V자형 또는 U자형 형상의 채널(7)에 의해 분석 사이트(132)로 이동하는 것을 방지한다. 또한, 도 9 및 도 10은 상기 액체 밸브(7)에 의해 구현된 액체밸브의 상세 도면이다. 액체 밸브(7)는 크게 내향 채널(7a)과 외향 채널(7b) 부분으로 나뉜다. 내향 채널(7a)은 몸체의 중심 방향(원심력 반대 방향)으로 형성된 채널을 말하며, 외향 채널(7b)은 원심력 방향으로 형성된 채널을 말한다. 액체 밸브(7)의 동작은 하기와 같다. 몸체(100)의 고속 회전시, 상기 시료 챔버(131a)로부터 누출된 액체(liquid leaked out)는 내향 채널(7a)에 먼저 채워지게 된다. 일단 상기 누출된 액체가 내향 채널(7a)을 채우고 나면, 내향 채널(7a) 내에 들어있는 누출된 액체 자체에 대해서 방사 방향(radial direction)의 원심력이 작용해 더 이상 시료 챔버(131a) 내의 액체가 누출되는 것이 억류된다. 오히려 누출된 액체가 원심력에 의해 다시 시료 챔버(131a) 내로 퇴각(withdrawal)한다. 즉, 몸체(100)의 고속 회전시, 시료 챔버(131a)로부터 액체가 일부 빠져나간 경우 그 액체 자체에 작용하는 원심력에 의해, 시료 챔버(131a)로부터 더 누출되려는 힘과 이미 누출된 액체 자체에 작용하는 원심력 간의 힘의 균형에 의해 더 이상의 액체 누출이 방지되는 것이다. 이러한 이미 누출된 액체에 작용하는 원심력에 의해 액체의 누출을 방지하는 것을 본 발명의 일 구체예에서는 액체 밸브 동작이라 칭한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 시료 챔버(131a)의 출구에는 원심분리 동안 액체의 누수(leakage)를 방지하기 위한 액체 밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 액체 밸브는 V자형 또는 U자형 형상의 유로 또는 액체 밸브 동작을 일으키는 초친수성(Superhydrophilic) 코팅된 유로에 의해 구현된 것을 포함한다.
도 11은 원심분리 과정을 설명하기 위해, 도 2의 박막 원심분리 분석장치(100)에서 시료 챔버(131a)와 찌꺼기 챔버(131b)의 주변을 발췌한 그림이다.
도 11은 몸체(100)의 회전에 의해 샘플 챔버(130)로부터 시료 챔버(131a) 및 찌꺼기 챔버(131b)로 이동한 혈액이 원심분리에 의해 혈청과 적혈구로 분리 되는 과정을 단계별로 나타낸다. 단계 1(step 1)은 혈액이 몸체의 초기 회전 동안, 샘플 챔버(130)로부터 시료 챔버(131a) 및 찌꺼기 챔버(131b)로 이동한 후 정량 유로(93)의 높이를 초과하는 혈액이 원심력에 의해 잉여 챔버(131c)로 이동하는 것을 나타낸다. 또한 혈액이 액체 밸브(7)에 의해 분석 사이트(132)로 이동하지 못하고 시료 챔버(131a) 내에 억류되어 있는 것을 나타낸다. 단계 2는 원심분리의 중간 상태를 나타낸 것으로 몸체의 회전에 따른 원심력에 의해 시료 챔버(131a)와 찌꺼기 챔버(131b)에 저장된 각각의 혈액에 대해 독립적으로 원심분리가 일어나, 혈청과 적혈구로 분리되는 것을 나타낸다. 몸체의 회전에 의해 발생되는 원심력에 의해 상기 시료 챔버(131a)와 찌꺼기 챔버(131b) 내의 혈액이 각각 원심분리되면서 시료 챔버(131a) 내의 적혈구는 상기 병목 채널(67)을 통해 찌꺼기 챔버(131b)로 이동한다. 또한 찌꺼기 챔버(131b) 내에서 원심분리된 혈청은 상기 병목 채널(67)을 통해 시료 챔버(131a) 내로 이동한다. 즉, 상기 병목 채널(67)은 원심분리 동안 분리된 혈청과 적혈구가 시료 챔버(131a)와 찌꺼기 챔버(131b) 사이를 자유롭게 이동할 수 있는 통로를 제공할 수 있다. 찌꺼기 챔버(131b)가 시료 챔버(131a)보다 원주의 더 바깥쪽에 배치되어 있어 원심분리가 진행됨에 따라 찌꺼기 챔버(131b)에는 적혈구가 모아지고, 시료 챔버(131a)에는 혈청이 모아진다. 단계 3은 단계 2에 의해 원심분리가 완료된 상태로 시료 챔버(131a)에는 혈청이 모아지고, 찌꺼기 챔버(131b)에는 적혈구가 모아진 것을 나타낸다. 단계 4는 원심분리 완료 후, 몸체의 회전을 정지시켰을 경우 액체 밸브(7)를 통해 시료 챔버(131a)의 혈청이 분석 사이트(132)로 친수성 이동하는 것을 나타낸다. 단계 5는 시료 챔버(131a) 내의 정량의 혈청만이 분석 사이트(132)로 이동한 것을 나타낸다. 즉, 정량의 혈청만이 분석 사이트(132) 내로 이동하며, 병목 채널(67) 및 찌꺼기 챔버(131b) 내의 유체는 분석 사이트(132)로 이동치 않고 그대로 남아있게 된다. 상기 분석 사이트(132)로 이동하는 혈청의 양은 시료 챔버(131a) 내의 저장된 혈청의 양에 의해 결정된다.
이러한 현상은 하기 5가지의 원인에 의할 수 있다.
상기 병목 채널(67)을 박막 유로(채널)로 구성함으로서, 몸체의 정지 동안에는 유체에 강한 모세관 현상이 작용하여, 찌꺼기 챔버(131b) 내의 유체가 병목 채널(67)을 통해 시료 챔버(131a)로 이동하지 않는다. 따라서, 찌꺼기 챔버(131b) 내의 적혈구가 시료 챔버(131a) 내로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 찌꺼기 챔버(131b)는 모세관 챔버로 구성되어 있기 때문에 찌꺼기 챔버(131b) 내에 저장된 적혈구는 이탈되기 어렵다. 찌꺼기 챔버(131b)의 표면과 적혈구 간의 결합력에 의해 적혈구는 찌꺼기 챔버(131b)에서 자유로이 이탈되기 어렵다. 몸체(100)의 정지 동안에는 병목 채널(67)이 혈청의 점성에 의해 막혀 있기 때문에 찌꺼기 챔버(131b) 내에 저장된 적혈구는 이동하기 어렵다. 찌꺼기 챔버(131b)는 그 전용 배기구가 없기 때문에, 찌꺼기 챔버(131b) 내에 저장된 적혈구는 이동하기 어렵다.
도 12는 상기의 병목 채널(67)의 일 실시예를 나타낸다. 상세 그림은 기준선 식별 번호 67a와 67b를 잇는 기준선에 의한 병목 채널(67)의 단면을 나타낸다.
병목 채널(67)은 상부 기질(1)과 중간 기질(2)을 접합시키기 위한 제1 박막 접착 테이프(1a) 및 중간 기질(2)과 하부 기질(3)을 접합시키기 위한 제2 박막 접착 테이프(2a)에 의해 형성된 2개의 박막 유로에 의해 구성된다. 이러한 2개의 박막 유로에 의해 형성된 병목 채널(67)은 원심분리 동안 시료 챔버(131a)내의 적혈구가 찌꺼기 챔버(131b)로 이동하거나 찌꺼기 챔버(131b) 내의 혈청이 시료 챔버(131a) 내로 자유로운 이동을 하기 위한 통로를 제공한다. 즉, 상기 병목 채널(67)은 몸체의 정지 시 유체 이동을 방지하기 위한 병목 채널 역할을 하고, 원심분리 중에는 혈청 및 적혈구의 이동 통로를 제공할 수 있다.
도 13 내지 도 15는 상기 다공성 멤브레인(membrane) 상에 다종의 종양 표지자(tumor marker)를 라인(line) 또는 스팟(spot) 형태로 고정시킨 스트립(strip)의 다양한 실시예를 나타낸다. 이하, 다종의 종양 표지자(tumor marker) 라인 또는 스팟을 테스트 라인(test line)이라 칭한다.
식별 번호 41a는 콘쥬게이트 패드(conjugate pad) 또는 샘플 패드(sample pad), 또는 샘플 패드와 콘쥬게이트 패드(conjugate pad)이고, 식별 번호 41b는 흡수 패드(absorbent pad)이다. 식별 번호 41c는 다공성 멤브레인이다. 상기 콘쥬게이트 패드에는 금 콘쥬게이트(gold conjugate) 또는 효소가 연결된 항체(enzyme linked antibody) 또는 형광물질 같은 표지자(label)가 패드 상에 냉동 건조된 형태(frozen dried form)로 침착될 수 있다. 상기 포획 프로브(예를 들어, 포획 항체)는 종양 표지자(tumor marker)을 고정시킬 수 있다. 상기 종양 표지자(tumor marker)는 AFP, PSA, CEA, CA19-9, CA125 및 A15-3로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 상기 포획 항체는 알츠하이머(Alzheimer) 질환의 특이 마커인 GS(Glutamine Synthetase)을 고정시킬 수 있다. 상기 포획 항체는 심근 경색 표지 인자인 미오글로빈(Myoglobin), CK-MB, 트로포닌 I(Troponin I)(Tnl)을 고정시킬 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 테스트 라인은 AIDS, 심근경색, 잔류항생제, 잔류 농약, 알레르기 및 유방암 검사 등을 위한 하나 이상의 표지자 내지 포획 프로브를 상기 다공성 멤브레인(41c) 상에 고정시킨 후, 면역크로마토그라피법에 의한 반응 검사시 적용될 수 있다. 상기 면역크로마토그라피법은 면역화학적방법(Immunochemistry)과 크로마토그라피법(Chromatogrphic Assay)를 결합한 검사 방법으로서, 항원에 대한 항체의 특이적인 면역적 반응성과 금 입자(Colloidal gold)의 발색 특성 및 유동성, 다공성 멤브레인(Porous membrane)의 모세관 현상에 의한 분자의 이동을 응용한 검사 방법이다. 면역크로마토그라피법은 기존 다중 단계의(multi-step) 면역측정법에서 볼 수 있는 샘플 희석, 세정 및 효소 결합체와 기질의 반응을 통한 발색 과정을 하나로 통합하여 한 단계(One-Step)로 신속하게 검사할 수 있는 편리성이 있다. 또한, 검사 결과를 특정 장비를 사용하지 않고 판정할 수 있는 용이성 및 경제성, 검사 결과 판독의 신속성이 있다. 상기 포획 항체는 종양 표지자(tumor marker) 외에 기준 라인(reference line)과 컨트롤 라인(control line)을 위한 항체를 더 고정시키는 것일 수 있다. 상기 기준 라인은 복수 개일 수 있다. 상기 기준 라인의 반응 농도는 음성 또는 양성 반응의 판별을 용이하게 하기 위한 기준치(cutoff value)일 수 있다. 상기 기준 라인의 기준치는 예를 들어, 3 ng/ml, 4 ng/ml, 10 ng/ml, 20 ng/ml, 30 ng/ml, 40 ng/ml 또는 50 ng/ml 중에서 선택될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 테스트 라인은 상기 기준 라인과 테스트 라인 간의 반응 강도(reaction intensity)의 차(difference)에 의해 정성 또는 정량 분석하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 테스트 라인은 백그라운드와 테스트 라인 간의 반응 강도(reaction intensity)의 차(difference)에 의해 정성 또는 정량 분석하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 테스트 라인은 복수 개의 기준 라인에 의해 형성된 반응 강도에 대한 선형 함수(linear function)에 의해 테스트 라인의 반응 강도(reaction intensity)를 결정하여 정성 또는 정량 분석하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 테스트 라인은 상기 기준 라인과 상기 컨트롤 라인에 의해 형성된 반응 강도에 대한 선형 함수(linear function)에 의해 테스트 라인의 반응 강도(reaction intensity)를 결정하여 정성 또는 정량 분석하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 기준 라인은 자유(free) PSA를 포획하기 위한 항체가 고정화되고, 상기 테스트 라인에는 전체(total) PSA를 포획하기 위한 항체가 고정화되어, ％fPSA(Percent free PSA)를 계측하는 것일 수 있다. 상기 ％fPSA는 전체(total) PSA에 대한 자유(free) PSA의 비(ratio)를 구함으로서 이루어질 수 있다. 상기 전체(total) PSA 및 자유(free) PSA에 관한 사항은 알려져 있다. 또한, 자유(free) PSA가 테스트 라인에 고정되고 전체(toal) PSA가 기준 라인에 고정될 수도 있다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 기준 라인은 자유(free) PSA를 포획하기 위한 항체가 고정화되고, 상기 테스트 라인에는 프로(pro) PSA를 포획하기 위한 항체가 고정화되어, ％proPSA(Percent pro PSA)를 계측하는 것일 수 있다. 상기 ％proPSA는 자유(free) PSA에 대한 프로(pro) PSA의 비(ratio)를 구함으로서 이루어질 수 있다. 상기 프로(pro) PSA에 관한 사항은 알려져 있다. 또한, 프로(Pro) PSA가 기준 라인에 고정되고 자유(free) PSA가 테스트 라인에 고정될 수 있다. 또한, 상기 자유(free) PSA, 프로(pro) PSA 및 전체(total) PSA는 하나의 다공성 멤브레인 상에 고정화되어 한번에 ％fPSA와 ％proPSA를 계측할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 반응 강도는 다양한 파장(wavelength)의 LED 조명 하에서 반응 강도가 칼라 강도(color intensity)에 의해 표현된 이미지 정보에 의해 얻는 것일 수 있으며, 이들 다양한 파장과 칼라 강도 간의 2차원적 함수 관계에 의해 분석 사이트(132)의 반응 결과를 정량 또는 정성 분석을 분석하는 것을 포함한다. 상기 기준 라인(reference line)은 흡수 패드(41b)까지 시료가 확산하는 경우 양성 반응을 나타내며, 스트립을 사용한 테스트의 유효성 판별을 위해 사용될 수 있다. 기준 라인(reference line)이 양성일 경우 테스트 결과는 유효한 것으로 판단할 수 있다. 상기 다공성 멤브레인(41c)는 관통 유동(flow through) 또는 측방 유동(lateral flow) 방식으로 사용될 수 있으며, 이는 알려져 있다. 상기 샘플 패드(41a)에는 시료 또는 세정 용액이 투입될 수 있다. 상기 관통 유동(flow through) 방식의 다공성 멤브레인의 경우 상기 다공성 멤브레인(41c) 상에 다종의 종양 표지자(tumor marker) 또는 질병 마커 또는 항체를 스팟 형태로 고정시킨 스트립이 적용가능하다. 샘플 패드(41a)에 시료가 투입된 경우, 샘플 패드(41a)에 의해 흡수된 시료는 다공성 멤브레인(41c) 상에서 모세관 현상에 의해 확산 이동하고 포획 항체와 생화학적으로 특이적인 결합(specific binding)을 할 수 있다. 상기 다공성 멤브레인(41c)의 말단부에는 상기 확산 이동을 지원하기 위한 흡수 패드(41b)가 설치될 수 있다. 또한, 선택적으로, 샘플 패드에는 콘쥬게이트 패드가 연결될 수 있으며, 이 경우 샘플 패드로 유입된 액체 시료가 콘쥬게이트 패드 상의 골드 콘쥬게이트 또는 효소가 연결된 항체(enzyme linked antibody) 또는 형광물질과 결합하여 복합체를 이룬 후 다공성 멤브레인(41c) 상을 확산 이동할 수 있다. 샘플 패드(41a)에 세정액이 투입된 경우, 샘플 패드(41a)에 의해 흡수된 세정액은 다공성 멤브레인(41c) 상을 모세관 현상에 의해 확산 이동하면서 캡쳐 항체와 결합하지 않거나 비특이적으로 결합(non-specific binding)한 물질을 세정하여 다공성 멤브레인(41c)의 배경 노이즈(background noise)을 제거할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 분석 사이트(132)는 상기 스트립(41)을 액체 밸브(7)의 말단과 샘플 패드(41a) 부분에 연결하여 설치될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 이미지 센서장치(144)에 의한 분석 사이트(132) 판독은 조명에 의한 빛의 산란과 기질상의 흠집에 의한 노이즈(noise)를 억제하기 위해 상부 기질(1)을 불투명처리 또는 불투명 도료에 의해 코팅하는 것을 포함한다. 이 경우 예를 들어, 상부 기질의 투명도는 20∼50％일 수 있다.
도 16은 분석 사이트(132)가 상이한 섹터에 병렬로 복수 개로 배열되어 단일 샘플에 대한 다종의 시료 분석, 예를 들어, 생화학 반응 분석을 위한 랩온어칩의 제반 공정이 배치된 박막 원심분리 분석 장치의 일실시예를 나타낸다.
상기 생화학 반응 분석이란, 예를 들어, 혈액 내의 GOT, GPT, ALP, LDH, GGT, CPK, 아밀라아제(Amylase), T-단백질(T-Protein), 알부민(Albumin), 글루코오즈(Glucose), T-콜레스테롤(T-Cholesterol), 트리글세라이드(Triglycerides), T-빌리루빈(T-Bilirubin), D-빌리루빈(D-Bilirubin), BUN, 크레아티닌(Creatinine), I.포스포루스(I.Phosphorus), 칼슘(Calcium), 요산(Uric Acid) 등의 분석을 포함한다.
식별 번호 132a, 132b, 132c 및 132d는 상기 생화학 반응을 위한 챔버로서, 상기 생화학 반응과 생화학 반응 결과를 분석 및 진단하기 위한 시약이 저장되어 있고, 상기 시료 챔버(131a)에서 공급되는 혈청과의 생화학 반응을 수행하는 분석 사이트(Assay site)의 일 실시예를 나타낸다. 식별 번호 7은 혈액의 원심분리 동안 액체의 누수(leakage)을 방지하기 위한 액체 밸브를 나타낸다.
식별 번호 290a는 기준 구멍, 식별 번호 131c는 잉여 챔버를 나타낸다. 식별 번호 154a, 154b, 154c 및 154d는 박막 밸브를 나타낸다. 식별 번호 13a, 13b, 13c, 13d 및 14는 배기구를 나타낸다.
몸체(100)의 회전 동안, 샘플 챔버(130)에 저장된 혈액은 원심분리 과정을 통해 시료 챔버(131a)에는 혈청이 저장되고, 찌꺼기 챔버(131b)에는 적혈구가 저장된다. 정량 챔버(140a,140b, 140c, 140d)는 대응하는 분석 사이트(132a, 132b, 132c, 132d)에 정량의 시료를 공급하기 위한 챔버로서, 정량 챔버(140a, 140b, 140c, 140d)의 체적(volume)이 상기 대응하는 분석 사이트로 공급되는 시료의 양을 결정한다. 액체 밸브(7)와 동심원 유로(9)는 초친수성 코팅되어 있고, 오버플로우 챔버(overflow chamber)(132e)는 소수성 코팅되어 있다. 따라서, 몸체(100)의 회전 정지시 시료 챔버(131a) 내의 혈청이 액체 밸브(7)를 통해 동심원 유로(9)을 따라 친수성 유체 이동한다. 정량 챔버(140a, 140b, 140c, 140d)는 초친수성 코팅되어 있는 챔버로서, 상기 동심원 유로(9)로의 시료 이동 동안 혈청이 채워진다. 이 경우 오버플로우 챔버(132e)는 소수성이므로 동심원 유로(9)와 정량 챔버(140a, 140b, 140c, 140d)에만 시료가 채워진다. 상기 동심원 유로(9)는 동심원을 갖도록 설계되어 있어 회전시 같은 원심력을 받는다. 따라서, 동심원 유로(9)에 시료가 채워지고 난 후, 다시 몸체(100)를 회전시키면, 상기 정량 챔버(140a, 140b, 140c, 140d) 내에만 시료가 저장된 채 남아 있고, 동심원 유로(9)를 채우고 있던 시료들은 원심력에 의해 오버플로우 챔버(132e)로 빠져 나간다. 이후, 상기 박막 밸브(154a, 154b, 154c, 154d)를 개방시켜 각각의 분석 사이트(132a, 132b, 132c, 132d) 내로 상기 정량 챔버((140a, 140b, 140c, 140d) 내의 시료를 유입시켜 시약과 생화학 반응을 일으킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 박막 밸브(154a, 154b, 154c, 154d)는 동심원 상에 배치되어 동시에 개방될 수 있다. 이후 상기 분광 광도계에 의해 상기 분석 사이트(132a, 132b, 132c, 132d) 내의 시료의 광 흡수율을 측정함으로써, 시료의 생화학 반응 결과를 정성 분석 또는 정량 분석할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 동심원 유로(9)는 동심원을 갖도록 설계되어 있어 회전시 같은 원심력을 받아 상기 박막 원심분리 분석 장치(100)를 회전시키면, 상기 정량 챔버(140a, 140b, 140c, 140d)에만 시료가 저장된 채 남아 있고, 동심원 유로(9)를 채우고 있던 시료는 원심력에 의해 오버플로우 챔버(132e)에 형성된 소수성 장벽을 극복하여 오버플로우 챔버(132e)로 빠져나갈 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어, 상기 박막밸브(154a, 154b, 154c, 154d)는 예를 들어, 버스트(Burst) 밸브를 포함하는 상기 몸체의 상측 또는 하측에 설치된 이동 가능한 영구 자석 또는 전자석에 의해 유공 내에 설치된 초소형 구슬(또는 박막 원기둥(원형) 자석)을 이용한 밸브 개폐; 기계적 힘에 의한 밸브 개폐; 원심력에 의한 밸브 개폐; 화학 작용에 의한 용해 및 응고에 의한 밸브 개폐; 열 또는 화학물질에 의해 과거의 형상으로 복원되는 형상 기억 합금에 의한 개폐 동작; 전기 분해에 의해 생성된 공기 방울을 이용한 밸브 개폐; 열에 의해 생성된 공기 방울을 이용한 밸브 개폐; 초소형 구슬의 열팽창과 수축에 의한 밸브 개폐; 정전기력(electrostatic force)에 의한 밸브 개폐; 자력에 의한 밸브 개폐; 레이저 열에 의한 밸브 개폐; temperature gradient 이용한 밸브 개폐; 초음파에 의한 엑츄에이터(actuator)의 밸브 개폐; 펌프(pump) 또는 물리적 압력에 의한 밸브 개폐; 초고주파에 의해 팽창수축하는 소형 입자에 의한 밸브 개폐; 모세관 버스트 밸브(capillary burst valve); 소수성 버스트 밸브; 자성 유체(magntic fluid)에 의한 밸브 개폐; 및 공기의 열 팽창 및 수축에 의한 밸브 개폐 등의 박막 밸브의 개폐 수단에 의해 유공이 개폐될 수 있는 박막화가 가능한 모든 밸브를 포함한다.
상기 소수성 버스트 밸브(hydrophobic burst valve)는 친수성 채널과 소수성 챔버의 경계 면에 형성된 유체 이동 장벽을 이용하는 것으로, 기준치 이하의 원심력 하에서는 유체가 이동하지 못하다가, 기준치 이상의 원심력이 발생하면 유체가 상기 유체 이동 장벽을 극복하여 소수성 챔버로 이동하는 것을 포함한다. 상기 유체이동 장벽은 친수성 유체가 이동하기 어려운 소수성 챔버라는 이유뿐만 아니라, 친수성 유로(채널) 자체가 유체에 대해 모세관 작용을 하여 친수성 채널에 유체를 억류시키기 때문에 형성될 수 있다.
상기 분석 사이트(132a, 132b, 132c, 132d)는 소수성 챔버이고, 상기 박막 밸브(154a, 154b, 154c, 154d)는 소수성 버스트 밸브를 사용하는 것일 수 있다. 이 경우 상기 정량 챔버(140a, 140b, 140c, 140d)는 초친수성 코팅되어 있는 챔버로서, 분석 사이트와의 경계면에 유체 이동 장벽을 형성할 수 있다. 상기 버스트 밸브를 포함한 박막밸브는 알려져 있다.
본 발명의 다른 일 실시예는, 도 2에 따른 액체 밸브(7)의 내향 채널(7a)과 시료 챔버(131a)의 출구 사이에 박막 밸브를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 몸체(100)의 회전 정지시에도 박막 밸브가 폐쇄된 경우에는 시료 챔버(131a) 내의 유체가 분석 사이트(132)로 이동하지 않으며, 박막 밸브 개방 후에 유체가 친수성 유체 이동에 의해 액체 밸브(7)를 경유하여 분석 사이트(132)로 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분광 광도계(108)의 계측을 위한 방위각 분석 사이트 탐색은 스텝 모터(step motor) 또는 스텝 모터에 연결된 기어 연결에 의한 박막 원심분리 분석 장치의 회전각(rotation angle) 제어에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분광 광도계(108)의 계측을 위한 방위각 분석 사이트 탐색은 분석 사이트 탐색용 박막 원기둥 자석을 몸체의 원주 상에 배치하여 상기 방위각 방향 밸브 탐색 과정을 응용한 방위각 분석 사이트 탐색을 시행함으로써 이루어 지거나 또는 몸체(100)의 회전 동안 바탕 용액 챔버에 의해 분석 사이트를 공간 어드레싱(space addressing)하여 각 분석 사이트 내의 시료의 광 흡수율을 몸체 회전 동안 순차적으로 계측함으로써 이루어질 수 있다. 이 경우 상기 몸체는 바탕 용액을 저장하기 위한 분석 사이트와 같은 반경을 갖는 바탕용액 챔버를 더 포함하고, 바탕 용액의 투광도가 100％(흡광도 0)가 되도록 분광 광도계를 조절(Calibration)한 후 각 분석 사이트 내의 시료에 대한 흡광도를 측정한다. 바탕 용액의 흡광도는 항상 0이므로 몸체의 회전 동안 바탕 용액 챔버를 식별할 수 있고, 이에 따라 바탕 용액 챔버를 기준으로 분석 사이트의 공간 어드레싱이 가능하다.
본 발명의 일 실시예는 ELISA(Enzyme-Linked Immunosorbent Assays) 또는 CLISA(Chemical Luminescence Immunosorbent Assays) 검사를 위한 랩온어칩의 제반 공정을 위한 박막 원심분리 분석장치에도 적용될 수 있다. 이에 대한 다양한 실시예는 알려져 있다.
본 발명의 일 실시예는 잔류 농약 검사 및 잔류 항생제를 위한 랩온어칩의 제반 공정을 위한 박막 원심분리 분석장치에 적용될 수 있다. 이 경우, 판독 결과에 따른 검사 결과가 컴퓨터 모니터 상에 표시되고, 자동 또는 수동으로 해당 관청 또는 식품 업체의 서버에 인터넷 망을 통해 원격 접속되어, 이들 서버에 이력이 보고 되거나 또는 무선 RF IC(전자 테그)의 메모리에 검사 결과와 각종 검사 이력들이 저장된다. 해당 관청은 잔류 농약 현황을 파악할 수 있고, 식품업체는 신선한 농축산물의 구입처에 대한 정보를 얻을 수 있다. 또한 해당 관청은 이와 같은 정보를 웹에 올려 일반 소비자가 해당 농축산업체에서 직거래를 통해 신선한 농축산물을 구매할 수 있는 정보를 제공할 수 있다. 잔류 농약 검사를 위한 효소 내지 마커는 야채, 채소 또는 과일 중에 포함된 농약, 예를 들어, 이들 중 사용량이 가장 많은 유기인계, 카바메이트계 살충제를 검사하기 위한 것을 포함하며, 상기 효소는 아세틸콜린에스터라아제(AChE)를 포함한다. 이에 대한 다양한 실시예는 알려져 있다.
도 17은 박막 원심분리 분석장치(100)의 다른 일 실시예로서, 도 2의 분석 사이트(132)의 다른 형태의 적용예을 나타낸다.
이 경우, 생화학 반응 분석 내지 상기 스트립(41)에 의한 면역학 분석을 제공하는 복수 개의 분석 사이트(132a, 132b, 132c); 시료 챔버(131a)의 시료를 일시적으로 보관하기 위한 버퍼 챔버(131d); 몸체의 회전 동안 시료 챔버(131a) 내에 혈청을 억류시키고, 몸체의 정지시 시료 챔버(131a) 내의 혈청을 버퍼 챔버(131d)로 이동시키기 위한 친수성 유체 이동 경로를 제공하는 액체 밸브(7); 상기 이동된 버퍼 챔버(131d)의 혈청을 상기 복수 개의 분석 사이트에 독립적으로 공급하기 위한 박막 밸브(155a, 155b, 155c); 상기 박막 밸브(155a, 155b, 155c)의 개방시, 상기 버퍼 챔버(131d)의 혈청을 친수성 유체 이동에 의해 해당 분석 사이트로 이동하기 위한 친수성 유로(8)를 더 포함함으로서, 단일 샘플 다종 분석이 가능하다. 이 경우, 상기 시료 챔버(131a)로부터 버퍼 챔버(131d)로의 혈청 이동은 액체 밸브(7)에 의한 친수성 유체 이동 과정과 원심력에 의한 유체 이동 과정을 교대로 반복함에 의해 이루어질 수 있다.
도 17은 액체 밸브(7)에 의한 친수성 유체 이동 과정과 원심력에 의한 유체이동 과정을 교대로 반복함으로서 시료 챔버(131a) 내의 혈청이 버퍼 챔버(131d)로 이동하는 과정을 단계별로 나타낸다.
단계 1(step1)은 몸체의 회전 중 원심분리가 완료된 상태로 시료 챔버(131a)에 혈청이 모아지고, 찌꺼기 챔버(131b)에 적혈구가 모아진 것을 나타낸다.
단계 2는 원심분리 완료 후, 몸체의 회전을 정지시켰을 때 액체 밸브(7)를 통해 시료 챔버(131a)의 혈청이 내향 채널(7a)과 외향 채널(7b)을 채운 후 버퍼챔버(131d) 로 친수성 이동하는 것을 나타낸다.
단계 3은 몸체의 회전에 의한 원심력에 의해 외향 채널(7b) 내의 혈청이 버퍼 챔버(131d) 내로 이동하는 것을 나타낸다.
단계 4는 몸체의 회전을 다시 정지시켰을 때 액체 밸브(7)를 통해 시료 챔버(131a)의 혈청이 내향 채널(7a)과 외향 채널(7b)을 다시 채운 후 버퍼 챔버(131d) 로 친수성 이동하는 것을 나타낸다.
단계 5는 상기 단계 3과 단계 4의 반복에 의해 시료 챔버(131a) 내의 모든 혈청이 버퍼 챔버(131d) 내로 점차로(gradually) 이동하는 것을 나타낸다.
단계 6은 박막 밸브(155a)를 개방하여, 버퍼 챔버(131d) 내의 혈청이 친수성 유로(8)를 통해 해당 분석 사이트(132a) 내로 이동하는 것을 나타낸다. 도 17의 버퍼 챔버(131d)는 초친수성 코팅될 수 있다. 이 경우 상기 흡수 펌프 동작에 의해 시료 챔버의 혈청이 버퍼 챔버 내로 쉽게 이동할 수 있다.
도 18은 도 17의 다른 형태의 일실시예로서, 원심력에 의해 분석 사이트 내로 혈청이 이동하는 예를 나타낸다. 이 경우 상기 박막밸브(155a, 155b, 155c)는 소수성 버스트 밸브(hydrophobic burst valve) 또는 모세관 버스트 밸브일 수 있다.
상기 박막밸브(155a, 155b, 155c)는 친수성 코팅된 친수성 유로(8)와 소수성 챔버인 분석 사이트(132a, 132b, 132c)의 경계면에 형성된 유체 이동 장벽에 의해 형성된 소수성 버스트 밸브 또는 모세관 버스트 밸브이다. 이러한 유체 이동 장벽은 기준치 이하의 원심력 하에서는 혈청이 이동하지 못하다가, 기준치 이상의 원심력이 발생하면 혈청이 상기 유체 이동 장벽을 극복하여 분석 사이트(132a, 132b, 132c)로 이동할 수 있다. 이 경우, 상기 단계 3의 원심력은 유체 이동 장벽을 극복하기 위한 원심력보다 작게 적용되는 것이 바람직하다.
도 19 내지 도 22는 상기 도 17의 일 실시예에 희석 용액 저장 챔버를 더 포함하는 경우로서, 이의 단계별 동작을 나타낸다. 식별 번호 131e는 희석 용액을 저장하기 위한 희석 용액 저장 챔버이다.
도 19와 도 20은 시료 챔버(131a) 내의 시료가 원심분리 동안, 버스트 밸브(150)의 개방에 의해 희석 용액 저장 챔버(131e)에 저장되어 있는 희석 용액이 버퍼 챔버(131f)로 이동하는 것을 나타낸다. 이 경우 버퍼 챔버(131f)로 이동하여 저장된 희석 용액은 액체 밸브(11)에 의해 억류된다. 마찬가지로, 시료 챔버(131a) 내의 시료도 원심분리 동안 액체 밸브(7)에 의해 시료 챔버(131a) 내에 억류된다. 버퍼 챔버(131f)의 정량을 초과하는 희석 용액은 정량 유로(10)를 통해 잉여 챔버(131g)로 이동함으로서 정량의 희석 용액이 버퍼 챔버(131f)에 저장될 수 있다.
도 21은 몸체의 회전을 정지시켰을 때 액체 밸브(7)를 통해 시료 챔버(131a)의 혈청이 내향 채널(7a)과 외향 채널(7b)에 채워진 후 믹싱 챔버(131h)로 친수성 이동하는 것을 나타낸다. 또한 액체 밸브(11)를 통해 버퍼 챔버(131f) 내의 희석 용액이 내향 채널(11a)과 외향 채널(11b)에 채워진 후 믹싱 챔버(131h)로 친수성 이동하는 것을 나타낸다.
도 22는 몸체의 회전에 의한 원심력에 의해 외향 채널(7b, 11b) 내의 유체를 믹싱 챔버(131h) 내로 이동시키는 과정과 몸체의 회전을 정지시켜 내향 채널(7a, 11a)과 외향 채널(7b, 11b)을 친수성 유체 이동에 의해 다시 채우는 과정을 교대로 반복 수행하여 믹싱 챔버(131h) 내로 시료와 희석 용액을 점차로(gradually) 이동시킨 결과를 나타낸다. 따라서, 이들 희석 용액과 시료는 믹싱 챔버(131h) 내에서 믹싱(mixing)되어 희석된 시료가 될 수 있다.
상기 액체 밸브에 의한 친수성 유체 이동과 원심력에 의한 유체이동을 반복 수행하여 시료와 희석 용액을 믹싱 챔버(131h)에 점차로(gradually) 이동시키는 과정은 시료와 희석 용액 간에 점진적으로 혼합(mixing)함으로서, 두 유체 간의 믹싱 효율을 극대화시킬 수 있다. 이하, 시료와 희석 용액을 믹싱 챔버(131h)에 점차로(gradually) 이동시키는 과정 중에 일어나는 시료와 희석 용액 간의 믹싱을 그레쥬얼 믹싱(gradual mixing)이라 칭한다.
상기 유압 버스트 밸브는 박막 접착테이프에 의한 유공 폐쇄시 박막 접착테이프의 접착 면적에 의해 폐쇄 강도(closing strength)를 결정하고, 상기 폐쇄 강도(closing strength)를 극복하는 디스크 회전 속도(원심력) 이상에서 상기 박막 접착테이프가 떨어져 유공을 개방시킬 수 있는 밸브를 포함한다.
상기 버스트 밸브는 예를 들어, 유압버스트 밸브(hydraulic burst valve)일 수 있다. 상기 버스트 밸브는 알려져 있다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 원심분리 분석 장치를 프런트 로딩(front loading) 또는 탑 로딩(top loading)할 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 원심분리 분석 장치 드라이브(100a)를 나타낸다. 상기 박막 원심분리 분석 장치 드라이브(100a)에 박막 원심분리 분석 장치(100)가 로딩될 수 있다. 식별 번호 751은 상기 박막 원심분리 분석 장치 드라이브의 용기(case)이고, 식별 번호 750a는 상기 박막 원심분리 분석 장치(100)를 프런트(front) 로딩하기 위한 트레이(tray)이다. 또한, 식별 번호 750b는 탑 로딩하기 위한 뚜껑(cover)로서, 상기 뚜껑을 열고 턴테이블에 박막 원심분리 분석 장치의 공극(170)을 맞추어 끼울 수 있다. 로딩 방식에 따라 식별 번호 750a 또는 식별 번호 750b 중 하나가 선택될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 원심분리 분석 장치 드라이브는 선택적으로 통상의 광 디스크 재생을 위한 재생 및 탐색 버튼(745), 정지 버튼(746)을 포함할 수 있다. 식별 번호 744는 박막 원심분리 분석 장치드라이브의 전원 온오프 버튼이다.
도면 부호 760은 박막 원심분리 분석 장치 드라이브의 진행 상태 및 모드(mode)를 표시해 주는 표시 장치로서, 발광다이오드 또는 LCD 장치가 사용될 수 있다. 상기 표시 장치(760)는 현재 로딩된 디스크가 박막 원심분리 분석 장치인지 또는 광 디스크인지를 표시하거나 분석 결과를 표시해 주거나 또는 박막 원심분리 분석 장치 드라이브의 주요 공정에 따른 진행 상태를 표시해 준다. 다른 방식에 의하면, 상기 표시 장치(760)는 그래픽 사용자 인터페이스(Graphic User Interface) 및 상기 진행 단계에 따른 진행률을 퍼센트(％) 또는 막대 그래프(bar graph), 파이 그래프(pie graph) 형식으로 표시될 수 있다.
식별 번호 111은 상기 입출력 장치로서, 이를 통해 자동 또는 수동으로 해당 전문 의사와 인터넷 망을 통해 원격 접속되고, 상기 진단 결과 및 문진표가 필요시 전문 의사에게 원격 전송될 수 있다. 이후 환자는 전문 의사의 처방을 기다린다.
도 8에 따른 박막 원심분리 분석 장치 드라이브에는 스피커, 동영상 카메라 및/또는 마이크가 더 포함될 수 있다. 일반적으로 진행 암이 아니면 종양 표지자(tumor marker)의 혈중 농도가 증가하지 않고, 보통 조기 암의 경우에 혈중 종양 표지자는 정상 범위 내의 값이며, 암이 진행됨에 따라 혈중 농도가 증가해 양성율도 높아진다. 본 발명의 일 실시예에서는 이러한 점을 착안하여 분석 사이트의 정량 분석에 의한 판독 결과를 이력 관리하는 통계 소프트웨어를 포함하여 정기적인 추적 진단에 대한 정보를 사용자에게 제공하는 것을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 박막 원심분리 분석 장치 드라이브는 상기 반응 결과를 판독 분석하여 음성 또는 양성, 위험군 여부 또는 수치 등을 계산하기 위한 소프트웨어를 더 포함 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 박막 원심분리 분석 장치 드라이브는 박막 원심분리 분석 장치의 사이드 로딩(side loading) 또는 수직 로딩(vertical loading)을 허용할 수 있다.
상기 본 발명의 일 구체예 또는 일 실시예는 도면을 참조하여 설명되고 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 구체예 또는 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 일 구체예 또는 일 실시예의 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해진다.
도 3은 BOPM 및 영구 자석이 설치 배치된 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이더(slider)의 상부도를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 박막 원심분리 분석 장치를 구동 및 제어하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 원심분리 분석 장치 드라이브의 측면도를 나타내는 도면이다.
도 5는 그레이팅 미러(grating mirror)를 사용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 광도계를 나타내는 도면이다.
도 6 내지 도 8은 분광 광도계를 이용하여 박막 원심분리 분석 장치 상의 분석 사이트 판독 방법을 구현한 본 발명의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10은 원심분리 동안 액체의 누수를 방지하기 위한 액체 밸브의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 11은 원심분리 과정을 단계 별로 나타낸 도면이다.
도 12는 병목 채널의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 13 내지 도 15는 다공성 멤브레인 상에 다종의 종양 표지자(tumor marker)를 라인(line) 또는 스팟(spot) 형태로 고정시킨 스트립(strip)의 다양한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 16은 분석 사이트가 상이한 섹터에 병렬로 복수 개 배열되어 단일 샘플에 대한 다종의 분석 반응을 위한 랩온어칩의 제반 공정이 배치된 박막 원심분리 분석 장치의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 17은 액체 밸브에 의한 친수성 유체 이동 과정과 원심력에 의한 유체이동 과정을 교대로 반복함으로서 시료 챔버 내의 모든 혈청이 버퍼 챔버로 점진적으로 이동하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 18은 도 17의 다른 형태의 일 실시예로, 원심력에 의해 분석 사이트 내로 혈청을 이동시키는 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 19 내지 도 22는 상기 도 17의 일 실시예에서 희석 용액 저장 챔버를 더 포함하는 경우로서, 이에 대한 동작을 단계별로 나타낸 도면이다.
도 23은 본 발명의 일 구체예에 따른 박막 원심분리 분석 장치를 프런트 로딩(front loading) 또는 탑 로딩(top loading)할 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 원심분리 분석 장치 드라이브를 나타내는 도면이다.
발명의 실시를 위한 형태
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 원심분리 분석 장치 및 이를 구동 제어하기 위한 박막 원심분리 분석 장치 드라이브(drive)의 단면도 및 평면도를 나타낸다.
도 1 및 도 2에 따르면, 박막 원심분리 분석 장치는 통상적인 CD-ROM 및 DVD 등의 디스크 장치와 같은 박막 장치 속에 랩온어칩의 제반 공정이 집적화될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예는 분석에 필요한 각종 버퍼 용액을 저장하고, 다양한 화학 공정 및 원심분리 공정을 수행하기 위한 1 이상의 챔버(130, 131a, 131b, 131c, 133)와 처리된 유체 및 버퍼 용액을 이동시키기 위한 유로(92, 93, 67), 분석 사이트(132) 및 액체 밸브(7)가 박막 디스크 상에 집적화된 박막 원심분리 분석 장치(100); 및 이를 제어 및 구동하기 위한 박막 원심분리 분석 장치 드라이브(100a)를 포함한다.
도 1에 따르면, 식별 번호 100은 박막 원심분리 분석 장치로서, 그의 몸체 또는 기질을 포함하고, 상부 기질(1), 중간 기질(2) 및 하부 기질(3)이 적층에 의해 형성되며, 이들 각각은 사출 성형 공정 동안 기질 표면에 유체가 흐를 수 있는 상기 유로(92, 93, 67); 액체 밸브(7); 샘플 챔버(130), 시료 챔버(131a), 찌꺼기 챔버(131b), 잉여 챔버(131c), 분석 사이트(132) 및 트레쉬 챔버(133)를 포함한다. 이들은 서로 밀착 부착되어 박막 원심분리 분석 장치(100)를 이룰 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 의한 박막 원심분리 분석 장치에 있어서, 상기 시료 챔버(131a)는 상기 샘플 챔버(130)로부터의 샘플의 이동으로 인한 공기압을 배출하기 위한 배기구(12)를 더 포함할 수 있으며, 상기 배기구(12)는 원심력의 반대 방향으로 배치될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 배기구(12, 13)과 병목 채널(67)은 박막 유로에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 박막 유로는 유로 형상이 설계된 박막 접착 테이프에 의해 기질들(1, 2, 3)의 층 사이에 형성될 수 있다. 즉, 상기 기질들(1, 2, 3)은 박막 접착 테이프에 의해 서로 밀착 부착되어 하나의 박막 원심분리 분석 장치(100)를 이룰 수 있으며, 상기 박막 유로는 기질층 사이에서 박막 테이프가 빠진 부분에 박막 유로(channel)가 형성될 수 있다. 박막 유로는 유로의 높이가 박막 접착 테이프의 두께에 의해 결정될 수 있으며, 그 높이가 매우 낮기 때문에, 유체에 대해 강한 모세관 현상이 일어날 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 박막 접착 테이프의 두께는 예를 들어, 0.001mm 내지 0.1mm일 수 있다.
이하, 샘플이 혈액인 경우를 예를 들어 도 1 및 도 2의 일 실시예를 설명한다.
식별 번호 120은 샘플을 주입하기 위한 디스펜서(dispenser) 또는 피펫 또는 주사기 또는 란셋(lancet) 또는 샘플 주입 수단을 나타내고, 식별 번호 121은 샘플 주입구이고, 식별 번호 170은 디스크 공극을 나타낸다.
식별 번호 130은 샘플 주입구로 주입된 혈액를 저장하기 위한 샘플 챔버(sample chamber)이다. 상기 샘플 챔버(130) 내의 혈액은 몸체(100)의 초기 회전 동안 유로(92)를 통해 시료 챔버(131a)와 찌꺼기 챔버(131b)로 이동하고, 정량 이상의 혈액은 정량 유로(93)을 통해 잉여 챔버(131c)로 이동된다. 이후, 상기 몸체(100)의 회전에 의한 원심력에 의해 시료 챔버(131a)와 찌꺼기 챔버(131b)에 저장된 각각의 혈액에 대해 독립적으로 원심분리가 일어나, 시료 챔버(131a)의 혈액 뿐만 아니라, 찌꺼기 챔버(131b) 내의 혈액도 혈청과 적혈구로 분리된다.
식별 번호 67은 상기 시료 챔버(131a) 와 찌꺼기 챔버(131b)를 연결하는 병목채널이다. 상기 병목 채널(67)은 몸체(100)의 회전에 의해 발생되는 원심력에 의해 상기 시료 챔버(131a)와 찌꺼기 챔버(131b) 내의 혈액이 각각 원심분리되면서 시료 챔버(131a) 내의 적혈구가 찌꺼기 챔버(131b)로 이동하거나 찌꺼기 챔버(131b) 내의 혈청이 시료 챔버(131a) 내로 이동하기 위한 통로를 제공한다. 즉, 상기 병목 채널(67)은 원심분리 중에 혈청과 적혈구가 시료 챔버(131a)와 찌꺼기 챔버(131b) 간을 자유로이 이동할 수 있는 통로를 제공한다. 도 1에 따르면, 찌꺼기 챔버(131b)가 시료 챔버(131a)보다 더 몸체의 바깥 원주 쪽에 배치되어 있기 때문에, 원심분리 중 혈청과 적혈구의 병목 채널(67)을 통한 이동의 결과로서, 찌꺼기 챔버(131b)에는 적혈구가 모아지고, 시료 챔버(131a)에는 혈청이 모아진다. 원심분리 동안 혈청과 적혈구 간의 이동을 위해 상기 병목 채널(67)은 두 개의 박막 유로(채널)로 구성될 수 있다. 이러한 두 개의 박막 유로(채널)로 구성된 병목 채널(67)은 찌꺼기 챔버(131b)에 별도의 배기구를 형성하지 않을 수 있다. 즉, 몸체(100)의 회전 동안에는 원심력에 의해 시료 챔버(131a)의 배기구(13)는 찌꺼기 챔버(131b)에 대한 배기구 역할도 한다. 하지만 몸체(100)의 정지 동안에는 원심력이 존재하지 않기 때문에 시료 챔버(131a)의 배기구(13)는 찌꺼기 챔버(131b)의 배기구 역할을 할 수 없다.
혈액을 아무리 원심분리를 잘하더라도 회전을 멈추면 적혈구는 혈청과 다시 섞여 버릴 수 있다. 즉, 원심분리 후, 혈청만 뽑아내기 위해서는 몸체(100)의 회전을 멈추어야 하는데, 이 경우 적혈구와 혈청이 다시 섞여 버려 혈청만 뽑아내는 것이 어려워 질 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해, 일차적으로 상기 시료 챔버(131a)와 상기 찌꺼기 챔버(131b)를 공간적으로 분리하여 따로 두고, 이차적으로는 상기 시료 챔버(131a)와 상기 찌꺼기 챔버(131b) 간의 유체 이동을 막는 병목 채널(67)을 두고, 삼차적으로는 상기 찌꺼기 챔버(131b)를 높이가 낮은(좁은) 모세관 챔버로 구성함으로서, 상기 찌꺼기 챔버(131b) 자체의 모세관 현상 또는 상기 찌꺼기 챔버(131b)의 표면과 적혈구 간의 결합력에 의해 적혈구가 상기 찌꺼기 챔버(131b)에 그대로 잔류토록 하여 상기 시료 챔버(131a) 내의 혈청과 다시 섞이지 않게 하였다. 상기 찌꺼기 챔버(131b)의 표면과 적혈구 간의 결합력은 적혈구의 강한 점도(viscosity)에 기인하며, 상기 찌꺼기 챔버(131b)를 모세관 챔버로 구성하는 경우 원심분리된 적혈구는 회전을 멈추더라도 혈청과 다시 섞이지 않고 상기 찌꺼기 챔버(131b)의 표면에 적혈구가 결합된 채로 그대로 남아있다. 따라서 상기 시료 챔버(131a) 내의 혈청은, 몸체의 정지동안에도 상기 찌꺼기 챔버(131b)의 적혈구와 다시 섞이지 않아 원심분리된 채로 남아있게 된다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 잉여 챔버(131c)는 정량을 초과하는 잉여분(excess)의 혈액을 몸체(100)의 회전 동안 원심력에 의해 정량 채널(93)을 통해 상기 잉여 챔버(131c)로 이동시킬 수 있다. 상기 정량 채널(93)의 높이 조절(방사 방향의 거리에 해당)에 따라 상기 시료 챔버(131a)에 남게 되는 혈액(또는 혈청)량이 결정될 수 있다. 상기 정량 채널(93)의 높이 이상의 혈액은 회전 동안 원심력에 의해 정량 채널(93)을 통해 잉여 챔버(131c)로 이동할 수 있다.
식별 번호 290a는 박막 원심분리 분석 장치(100)의 생산 및 조립시 필요한 정렬(alignment)을 위한 기준 구멍이다. 상기 기준 구멍(290a)은 지그(jig)에 설치된 고정축(fixture)에 삽입된다.
식별 번호 132는 상기 시료 챔버(131a) 내의 혈청과 결합, 예를 들어, 생물학적 특이 결합(specific binding)을 하기 위한 포획 프로브(capture probe)가 고정화되어 있거나 및/또는 시료와의 반응, 예를 들어, 생화학 반응을 하기 위한 시약이 저장되어 있는 분석 사이트이다.
식별 번호 41은 상기 분석 사이트(132)에 내장된 포획 프로브가 고정화된 다공성 멤브레인 또는 스트립(strip)이다. 식별 번호 13은 상기 분석 사이트(132) 내에 설치된 배기구로서 상기 몸체(100)의 고속 회전시 공기 흐름(air stream)을 형성하여 상기 스트립(41)의 건조를 빠르게 진행되게 한다. 세공 공정 전에 상기 스트립(41)을 건조시켜 세정 공정 동안 세정액이 스트립(strip) 상에서 잘 확산(diffusion)되도록 하여 확산력(diffusion force)에 의해 백그라운드 노이즈(background noise) 성분을 세정하게 할 수 있다.
상기 원심분리 동안 액체 밸브(7)에 의해 시료 챔버(131a) 내에 억류되어 있던 혈청이 상기 몸체(100)의 회전 정지시 친수성 유체 이동에 의해 혈청이 액체 밸브(7)를 통해 상기 분석 사이트(132)로 이동할 수 있다.
식별 번호 133은 세정 공정에 의해 생성된 물질(debris)을 모으기 위한 트레쉬 챔버(trash chamber)로서, 상기 몸체(100)의 고속 회전 동안 상기 분석 사이트(132)의 포획 프로브와 결합을 이루지 못한 물질(debris)이 유로(94)를 통해 상기 트레쉬 챔버(133)로 모인다.
식별 번호 211은 영구 자석(5a)을 탑재한 슬라이더(slider)로 슬라이드(slide) 모터(109)와 연결되어 구동제어 된다.
유체 이동은 몸체의 회전력에 의한 원심력 또는 유로의 초친수성 코팅에 의한 유체 이동에 의한다.
식별 번호 291은 상기 분석 사이트(132)를 공간 어드레싱하기 위한 박막원기둥 자석이다.
식별 부호 103a는 통상의 광학 디스크(예를 들어, CD 또는 DVD)의 재생을 위한 광 픽업장치이고, 식별 부호 103b는 상기 분석 사이트(132)를 정량 분석 또는 정성 분석하기 위한 분석 사이트(132)의 판독 장치로 광 투과율 측정 장치, 형광 탐지 장치, 이미지 센서 장치, 분광 광도계(spectrometer) 또는 SPR(Surface Plasmon Resonance) 탐지 장치일 수 있고, 광 픽업 장치(103a)와 분석 사이트 판독 장치(103b)는 바이오 광 픽업모듈(BOPM) 장치(103)를 구성한다. 상기 형광 탐지 장치 및 SPR탐지 장치는 대한 다양한 실시예는 알려져 있다.
본 발명의 일 구체예에 따른 박막 원심분리 분석 장치는 상기 분석 사이트(132)에 대한 공간 어드레싱(space addressing)이 가능하도록 슬라이더(211) 상에 탑재된 BOPM(Bio Pickup Optical Module) 장치(103)와 이것의 이동을 제어하기 위한 슬라이드 모터(109)를 포함하고, 슬라이더(211) 상에는 상기 박막 원기둥 자석(291)에 인력을 작용시키기 위한 영구 자석(5a)을 탑재하고, 슬라이드 모터(109)의 제어에 의해 BOPM 장치의 좌표가 이동 제어될 수 있다. 상기 분석 사이트(132)에 대한 공간 어드레싱(space addressing)은 방사 방향 탐색과 방위각 방향(azimuthal) 탐색에 의해 이루어 질 수 있다.
상기 방사 방향 탐색과 방위각 방향(azimuthal) 탐색의 일 실시예는 하기와 같다. 방사 방향 탐색은 방사 방향(radial)으로 영구 자석(5a)을 이동시키는 과정으로, 상기 박막 원기둥 자석(291)의 해당 반경으로 상기 슬라이더(211) 상의 영구 자석(5a)을 이동시킴으로써 이루어 진다. 이후, 해당 반경 상에서 영구 자석(5a)과 박막 원기둥 자석(291)을 일치시키기 위해 방위각 방향(azimuthal) 탐색이 필요하다. 이는 슬라이더(slider)(211)을 중지한 채, 스핀들(spindle) 모터(102)를 서행시키거나, 또는 스핀들(spindle) 모터의 짧은 회전과 중지의 반복 동작을 통해 이루어질 수 있다. 스핀들(spindle) 모터의 서행 또는 여러 차례의 짧은 회전을 통해, 슬라이더(211) 상의 영구 자석(5a)과 해당 반경 상에 있는 박막형 원기둥 자석(291)과 일치하게 되면, 그들 간의 강한 인력으로 인해 서행 또는 짧은 회전에 의해 더 이상 몸체(100)를 회전시키지 못하고 이 경우 영구 자석(5a)과 박막 원기둥 자석(291) 간의 정렬이 이루어 질 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 구체예에 의하면, 상기 방위각 방향 탐색은 방위각 방향 탐색 필요 시점에서 스핀들 모터(102)의 축에 기계적으로 연결 접속되는 스텝 모터의 회전 제어에 의해 이루어질 수 있다. 스텝 모터의 회전에 따라 스핀들 모터(102)의 회전 각도가 제어될 수 있다.
식별 번호 116b은 슬라이더(211) 상의 BOPM(103) 에 필요한 각종 제어 신호를 연결하기 위한 프렉셔블 케이블(flexible cable)로서, 웨이퍼 또는 하네스(wafer 또는 harness)(116a)를 통해 중앙 제어 장치(101)와 연결된다.
식별 번호 181은 박막 원심분리 분석 장치(100)을 올려놓기 위한 턴 테이블(turn table)로서, 몸체의 중심 공극(170)을 통해 턴 테이블에 프런트(front) 또는 탑(top) 로딩된다. 식별 번호 188은 메모리 내장형 무선 RF IC 또는 전자 태그(tag) 장치로서, 랩온어칩 공정을 위한 프로토콜, 분석 사이트(132)의 판독 결과, 분석 알고리즘, 판독을 위한 표준 제어값 및 분석 사이트(132)에 대한 위치 정보, 생물정보학(bioinformatics) 정보, 자기 진단(self diagnosis)에 관련된 정보를 포함한다. 또한, 개인 암호화 정보 및 박막 원심분리 분석 장치의 ID(identification)가 저장될 수 있어, 타인이 함부로 사용할 수 없도록 할 수 있다. 상기 무선 RF IC(188)는 스마트 IC 카드를 포함한다. 상기 무선 RF IC(188) 정보는 무선 송수신을 통해 중앙 제어 장치(101)에 제공되며, 개인 암호화를 위해 활용될 수 있다. 식별 번호 110은 상기 무선 RF IC(188)에 전원을 공급하기 위한 무선 전파 발생 수단이다. 상기 무선전파 발생 수단(110)에 의한 교류 자계는 플레밍 법칙에 따라 무선 RF IC(188) 속에 내장된 유도 코일을 감응시켜 충분한 양의 전기를 생산해 무선 RF IC(188)에 전원을 공급한다. 상기 무선 전파 발생 수단은 다극(multipole) 영구 자석을 구비하여 몸체(100)의 회전에 따라 발생된 교류 자계에 의해 상기 무선 RF IC(188) 속에 내장된 유도 코일에 전류를 발생시키는 것일 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 다극(multipole) 영구 자석은 상기 몸체(100)를 로딩(loading)하기 위한 트레이(tray) 상에 원주상으로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따른 박막 원심분리 분석 장치에 있어서, 상기 무선 RF IC(188)는 온도 측정 기능을 갖고 있어 상기 분석 사이트(132)의 온도를 계측하여 중앙 제어 장치(101)에 무선 송신할 수 있다. 상기 분석 사이트(132)의 온도가 너무 높거나 낮으면 가열 수단 또는 냉각 수단에 의해 일정한 온도를 유지할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 분석 사이트(132)의 온도는 시료와의 반응, 예를 들어, 생화학적 활성 및 안정성이 고려된 섭씨 30 내지 37도 사이에서 선택된 온도를 유지하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 구체예에 따른 박막 원심분리 분석 장치에 있어서, 상기 무선 RF IC(188)는 박막 분석 장치의 잔류 농약 검사 및 잔류 항생제 검사에 따른 검사 일자 및 검사 결과, 유효 기간, 농축산 생산 지역, 생산 및 재배 이력, 유통 이력, 재배 농가의 연락처, 가격, 유기농 여부 등에 대한 정보가 포함할 수 있다. 구매자 및 농축산 유통업체는 상기 정보에 의해 농축산물을 안심하고 구입할 수 있다. 일반 소비자는 박막 원심분리 분석 장치(100)를 RF IC 판독기에 갖다 대거나 또는 박막 원심분리 장치 드라이브(100a)에 로딩함으로써 그에 대한 정보를 알 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따른 박막 원심분리 분석 장치에 있어서, 상기 무선 RF IC(188)는 박막 원심분리 분석 장치의 검사 결과를 무선 RF IC(188)에 내장된 메모리에 저장할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따른 박막 원심분리 분석 장치에 있어서, 상기 무선 RF IC(188)는 상기의 분석 사이트 판독 장치를 제어하고, 그 판독 결과를 중앙 제어 장치(101) 또는 저장 장치(112) 또는 입출력 장치(111)로 무선 송신할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따른 박막 원심분리 분석 장치에 있어서, 상기 입출력 장치는 USB(Universal Serial Bus) 또는 IEEE1394 또는 ATAPI 또는 SCSI 또는 인터넷 통신망의 통신 규격을 갖는 것일 수 있다. 또한, 상기 입출력 장치(111)를 통해 박막 원심분리 분석 장치(100) 사용자의 신장, 체중, 성별, 연령 등을 입력할 수 있다.
도 2는 액체 밸브(7)의 말단과 분석 사이트(132) 사이에 샘플 패드(41a) 또는 흡수 패드(41b)를 구비하여 상기 U자형 또는 V자형 형상을 갖는 친수성 유로(7)를 통해 시료 챔버(131a) 내의 혈청을 빨아들이는 흡입력(absorption force)에 의해 시료 챔버(131a) 내의 혈청을 분석 사이트(132)로 이동시키기는 흡수 펌프의 일실시예를 나타낸다. 상기 흡수 펌프에 의해 시료 챔버(131a) 내의 혈청을 분석 사이트(132)로 이동시켜 시료 챔버(131a)를 비울 수 있다. 상기 시료 챔버(131a) 내의 시료가 액체 밸브(7)를 통해 분석 사이트(132)로 빠져 나간 후, 상기 병목 채널(67)의 유체에 대한 강한 모세관 현상으로 인해 찌꺼기 챔버(131b) 내의 유체는 액체 밸브(7)로 이동하지 않는다. 즉, 병목 채널(67)의 유체에 대한 강한 모세관 현상은 상기 흡수 펌프에 의한 유체이동력과 균형을 이루어 유체는 더 이상 분석 사이트(132)로 이동하지 않는다. 식별 번호 41b는 흡수 패드이고, 식별 번호 41a는 샘플 패드와 콘쥬게이드 패드로서, 상기 패드들은 다공성 멤브레인(41c)의 말단에 각각 연결된다.
도 3은 BOPM(103) 및 영구 자석(5a)이 설치 배치된 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이더(slider)의 상부도이다. 상기 슬라이더(slider)는 슬라이드 모터(109) 축에 연결된 웜(worm) 기어 연결부(109a, 109b)에 의해 이동 제어될 수 있다. 상기 슬라이더(slider)는 슬라이드 아암(108a, 108b)를 가이드(guide)로 사용하여 미끄러지듯 이동된다. 상기 슬라이드 아암(108a, 108b)는 나사(110a, 110b, 110c, 110d)을 통해 박막 원심분리 분석 장치 드라이브(100a, 도 1 참조)의 몸체에 체결된다. 도면 부호 116b는 플렉셔블 케이블(flexible cable)이며, 웨이퍼 또는 하네스(116a)을 통해 연결된다. 도면 부호 181은 상기 스핀들(spindle) 모터(102, 도 1 참조)에 의해 회전하는 턴 테이블이다.
도 4는 도 1의 박막 원심분리 분석 장치(100)를 구동 및 제어하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 원심분리 분석 장치 드라이브(100a)의 측면도이다. 식별 번호 300은 박막 원심분리 분석 장치 드라이브(100a)를 지지하고 있는 몸체이다. 박막 원심분리 분석 장치 드라이브 밑면에는 회로 기판(140)이 상기 박막 원심분리 분석 장치 드라이브의 몸체(300)에 이음 체결되고, 회로 기판 (140) 위에 박막 원심분리 분석 장치 드라이브(100a)를 제어하기 위한 중앙 제어 장치(101), 저장 장치(112) 및 입출력 장치(111)가 상기 회로 기판(140) 위에 배치 설계되어 있다. 상기 중앙 제어 장치(101)는 상기 박막 원심분리 분석 장치(100)의 회전 또는 정지를 위해 스핀들(spindle) 모터(102)를 제어할 뿐만 아니라, 슬라이드(slide) 모터(109) 제어에 의해 슬라이더(211) 상에 설계 배치된 바이오 광 픽업모듈(BOPM)의 이동을 제어할뿐만 아니라 박막 원심분리 분석 장치(100)의 분석 사이트(132)를 공간 어드레싱하기 위해 영구 자석(5a)의 위치를 이동시킨다. 상기 영구 자석(5a)은 박막형 원기둥 자석(291, 도 1 참조)에 대해 효과적으로 자력을 전달할 수 있다. 또한, 상기 중앙 제어 장치(101)는 현재 박막 원심분리 분석 장치 드라이브(100a)에 로딩(loading)된 디스크가 통상의 광 디스크(예를 들어, 음악 CD, CD-R, 게임 CD, DVD 등)인지 박막 원심분리 분석 장치(100)인지 여부를 판단하여, 통상의 광 디스크인 경우 디스크로부터 읽은 내용을 상기 광 픽업 장치(103a, 도 3 참조)로부터 저장 장치(112) 또는 입출력 장치(111)로 전송하거나, 또는 쓸 내용을 광 픽업 장치(103a, 도 3 참조)로 보내고, 재생/기록(Read/Write)에 필요한 각종 제어 신호를 상기 각 부분에 제공하는 등의 광 디스크를 위한 통상의 동작을 수행한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 박막 원심분리 분석 장치의 로딩(loading) 시점에서 박막 원심분리 분석 장치 상의 무선 RF IC(188)를 통해, 상기 중앙 제어 장치(101)에 박막 원심분리 분석 장치(100)의 고유 ID를 무선 송신함으로써, 현재 박막 원심분리 분석 장치 드라이브(100a)에 로딩(loading)된 디스크가 박막 원심분리 분석 장치임을 중앙 제어 장치(101)가 인식하도록 할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 박막 원심분리 분석 장치(100) 상에 내장된 무선 RF IC(188)에 의해 분석 사이트(132)에 대한 판독 결과를 무선 통신에 의해 중앙 제어 장치(101) 또는 저장 장치(112) 또는 입출력 장치(111)로 보낸다. 또는, 상기 분석 사이트(132)에 대한 판독은 상기 회로 기판(140) 위에 배치 설계된 이미지 센서 장치(144)에 의해 얻어진 분석 사이트(132)에 대한 이미지 정보를 중앙 제어 장치(101) 또는 저장 장치(112) 또는 입출력 장치(111)로 보냄으로써 이루어 질 수 있다. 식별 번호 104는 디스크 공극에 로딩된 박막 원심분리 분석 장치(100)의 압착 수단으로 턴테이블(181)과의 자력에 의한 인력에 의해 압착하는 것으로 수직 이동과 공회전이 허여되도록 설계될 수 있다.
식별 번호 144a는 상기 이미지 센서 장치의 조명(illumination)을 위한 한 개 이상의 LED(light Emitting Diode)이며, 상기 이미지 센서 장치(144) 또는 LED(144a)는 슬라이더(211) 상에 탑재되거나 분석 사이트(132) 상측 또는 하측에 설치될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 LED는 다양한 파장의 빛을 발광하는 다색 LED(Multi color LED)를 포함하며, 다양한 파장(wavelength)의 조명 하에서 분석 사이트(132)에 대한 반응 강도(reaction intensity)를 칼라 강도(color intensity)에 의해 표현된 영상 정보로서, 얻을 수 있으며, 이들 파장과 칼라 강도 간의 2차원적 상관 관계에 의해 분석 사이트(132)의 반응 결과를 정량 분석 또는 정성 분석할 수 있다. 상기 다색 LED(Multi color LED)는 R,G,B LED를 포함한다. 식별 번호 107은 레이저 빔 발생 장치로서, 형광 표지된 분석 사이트 내의 시료를 여기(excitation) 시키는데 사용되며, 이 경우 상기 이미지 센서 장치(144)에 의해 분석 사이트에 대한 이미지 정보를 얻을 수 있다. 식별 번호 108은 분광 광도계(spectrometer)로 분석 사이트의 광 투과율 또는 광 흡수율을 측정하기 위한 복수 개의 빛 파장(wavelength)을 출력하고, 각 파장에 따른 광 투과율 또는 광 흡수율을 측정하여 분석 사이트(132)의 반응 결과를 판독한다. 일반적으로 분광 광도계는 광원(light source), 파장 선택 장치(wavelength selector), 시료 용기(시험관 또는 분석 사이트(132)), 및 광 검출기(photo detector)를 포함하고, 이는 알려져 있다. 분광 광도계는, 바탕 용액을 이용하여 투광도가 100％ (흡광도 0)가 되도록 장치를 조절한 후, 분석 사이트의 시료 용액에 대한 흡광도를 측정한다. 광원(light source)은 시료 분석에 요구되는 파장 범위에 있는 충분한 에너지의 빛을 일정한 양으로 낼 수 있어야 한다. 광원은 텅스텐 등(tungsten filament lamp), 수소 등(hydrogen or deuterium lamp), 백색광 LED, 레이저(Laser)가 사용될 수 있으며, 본 발명의 일 구체예에서는 백색광 LED 또는 RGB 레이저 또는 복수 개의 LD(Laser Diode)가 집적화된 LD 모듈일 수 있다. 상기 RGB 레이저는 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue) 광을 출력하는 3개의 레이저가 하나의 모듈 형태를 이룬 장치로서, 이들 3개의 레이저 출력 파워 조합에 의해 시료 분석에 요구되는 다양한 파장의 빛을 얻을 수 있다. 상기 LD 모듈은 서로 다른 파장을 갖는 복수 개의 LD(Laser Diode)을 모듈화한 것으로서, 해당 파장의 빛을 출력하는 LD를 차례로 온(On) 시켜가면서 해당 파장에 대한 시료의 광 흡수율을 측정할 수 있다. 광원에서 나온 빛으로부터 특정 파장의 빛을 얻는 것은 분광 광도계에서 중요한 부분일 수 있다. 이상적인 경우 엄밀한 의미에서의 단색광(monochromatic radiation)을 얻는 것이지만, 현실적으로 이것은 매우 어렵기 때문에 어떤 범위의 파장 분포를 보이는 빛은 스펙트럼의 대역폭(band width)을 명시하여 단색화(monochromatization) 정도를 나타낼 수 있다. 광원으로부터 단일 파장에 가까운 빛일수록 측정의 감도(sensitivity)와 분해능(resolution)이 더 커질 수 있다. 원하는 파장의 빛은 파장 선택 장치(wave length selector)에 의해 얻을 수 있고, 상기 파장 선택 장치는 필터 또는 그레이팅 미러(grating mirror) 또는 이의 조합을 사용할 수 있다. 상기 그레이팅 미러(grating mirror)는 입사된 빛을 파장 별로 분산시켜 반사시켜 주는 일종의 프리즘과 같은 역할을 담당하게 된다.
도 5는 그레이팅 미러(grating mirror)를 사용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 광도계(108, 도 4 참조)를 나타낸다.
도 5에 따르면, 광원(40)으로부터 백색광을 렌즈(42)에 의해 빔(beam)으로 집속시킨 후, 1차 H-슬릿(slit)과 V-슬릿(slit)(45a)을 통과시켜 스팟 빔(spot beam)을 만들고, 상기 스팟 빔(spot beam)을 그레이팅 미러(grating mirror)(43)에 입사시키면 상기 그레이팅 미러(43)에서 반사된 빛이 위상 공간 상에서 파장 별로 분리된다. 그레이팅 미러(43)에서 반사되어 위상 공간 상에서 분리된 빛 중 특정 파장의 빛만 취하기 위해 특정 각도에 2차 H-슬릿(slit) 및 V-슬릿(slit)(45b)을 고정배치한다. 이 경우 그레이팅 미러(43)를 회전시킴으로써 상기 2차 H-슬릿(slit) 및 V-슬릿(slit)(45b)을 통과하는 빛의 파장을 가변시킬 수 있다. 즉, 그레이팅 미러(43)의 회전 각도를 제어함에 의해 원하는 특정 파장 영역의 빛을 얻을 수 있다.
이렇게 얻은 특정 파장의 빛을 분석 사이트(132)에 통과시킨 후, 이를 상기 광 검출기(46)가 측정함으로써 분석 사이트 내의 시료의 광 흡수율 또는 광 투과율 또는 칼라 강도(Intensity of color)을 측정하여 시료의 반응 결과를 정성 분석 또는 정량 분석한다. 상기 시료의 반응 결과를 정성 분석 또는 정량 분석하는 방법에는 종점(end point)법, 속도 분석(Rate Assay)법, 개시 속도(initial rate)법 등이 있고, 이는 알려져 있다.
식별 번호 40은 분광 광도계(108)의 광원(light source)이고, 상기 파장 선택 장치(wavelength selector)는 그레이팅 미러(43)의 회전 각도를 제어하기 위한 스텝 모터(step motor)(44), 상기 광원으로부터 발생된 빛을 집속하기 위한 렌즈(42)와 집속된 빔을 스팟 빔(spot beam)으로 만들기 위한 1차 H-슬릿(slit)과 V-슬릿(slit) (45a), 스팟 빔(spot beam)을 파장 별로 분리시키기 위한 그레이팅 미러(43); 및 그레이팅 미러(43)에서 반사된 특정 각도의 빔(즉, 특정 파장의 빛)만을 통과시키기 위한 2차 H-슬릿(slit)과 V-슬릿(slit)(45b)을 포함한다. 상기 광원(40)과 파장 선택 장치에 의해 얻어진 특정 파장의 빛을 분석 사이트(132)에 통과시키고 분석 사이트 내의 시료에 대한 광 흡수율을 광 검출기(46)가 측정함으로써 시료의 반응 결과를 정성 분석 또는 정량 분석한다. 상기 스텝모터(44)를 회전시켜 여러 파장(wavelength)의 빛을 분석 사이트(132)에 통과시켜 분석 사이트 내의 시료에 대한 광 흡수율을 파장(wavelength) 별로 측정할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 1차 H-슬릿(slit)과 V-슬릿(slit) 또는 2차 H-슬릿(slit)과 V-슬릿(slit)은 광 섬유(optical fiber)가 대신 사용될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에서는 이하, 상기 광원, 렌즈, 1차 H-슬릿(slit)과 V-슬릿(slit) 또는 1차 광 섬유(45a), 그레이팅 미러(43), 2차 H-슬릿(slit)과 V-슬릿(slit)(45b) 또는 2차 광 섬유 간의 다양한 조합을 광원 장치(99a)라 칭한다. 상기 LD 모듈과 RGB 레이저 모듈은 단독으로 상기 광원 장치(99a)를 구성할 수 있으며, 이 경우 광원 장치(99a)가 단순화될 수 있다.
도 6 내지 도 8은 분광 광도계(108)를 이용하여 박막 원심분리 분석 장치(100) 상의 분석 사이트(132) 판독 방법을 구현한 본 발명의 실시예를 나타낸다. 식별 번호 555는 상기 광 검출기(46)의 판독을 위한 투명 개구부이다.
도 6에 따르면, 상기 분광 광도계(108)의 광 검출기(46)가 박막 원심분리 분석 장치(100)의 상측에 설치되고, 광원 장치(99a)가 하측에 설치된 경우로서, 상기 광원 장치(99a) 및 상기 광 검출기(46)가 모듈화된 분광 광도계(108)를 이용하여 박막 원심분리 분석 장치(100)의 원주 방향으로 배열된 복수 개의 분석 사이트(132)를 판독한다. 이 경우 박막 원심분리 분석 장치(100)의 회전에 따라, 박막 원심분리 분석 장치(100)에 원주 방향으로 내장된 복수 개의 분석 사이트(132)마다 일대일 대응하여 공간 어드레싱(space addressing) 하여 판독할 수 있다. 분광 광도계(108)는, 먼저 바탕 용액을 이용하여 투광도가 100％(흡광도 0)가 되도록 장치를 조절한 다음 복수 개의 분석 사이트 내의 시료 용액에 대한 흡광도를 측정할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 복수 개의 분석 사이트 중 한 개 이상의 분석 사이트는 조절(calibration)을 위한 바탕 용액 챔버를 포함할 수 있다.
도 7의 왼쪽 그림에 따르면, 상기 박막 원심분리 분석 장치(100) 내의 상부 기질(1) 또는 분석 사이트 내에 반사층(99b)을 집적화시키고, 상기 광원 장치(99a) 및 광 검출기(46)를 박막 원심분리 분석 장치(100)의 하측에 모듈화한 분광 광도계(108)를 배치한다. 상기 광원 장치(99a)에 의해 얻어진 특정 파장의 빛을 분석 사이트(132)에 통과시키고, 상기 반사층(99b)에 의해 반사된 빛을 광 검출기(46)가 측정함으로써 분석 사이트 내의 시료에 의한 광 흡수율을 계측한다.
도 7의 오른쪽 그림은 상기 광 검출기(46)가 박막 원심분리 분석 장치(100)의 분석 사이트(132) 내에 집적화된 경우를 나타낸다. 이 경우 복수 개의 분석 사이트(132)에 대해 일대일 대응하여 상기 광 검출기(46)가 배열된다. 이러한 광 검출기(46)가 박막 원심분리 분석 장치(100) 내에 집적화된 경우 광의 경로(optical traveling path)가 짧아져 광 검출기(46)의 수신 감도가 높아져 민감도를 높힐 수 있다. 박막 원심분리 분석 장치(100) 내에 집적화된 광 검출기(46)의 판독 결과는 상기 무선 RF IC(188)에 의해 읽혀진 후 중앙 제어 장치(101, 도 1 참조)로 무선 송출된다.
도 8에 따르면, 상기 도 7의 왼쪽 그림에 예시된 것 같은 반사층(99b)을 상부 기질(1)에 집적화시키고, 박막 원심분리 분석 장치(100)의 원주 방향으로 복수 개의 분석 사이트(132, 도 7 참조)가 배열되어 있다. 분광 광도계(108)에 의해, 박막 원심분리 분석 장치(100)에 원주 방향으로 내장된 복수 개의 분석 사이트마다 일대일 대응하여 공간 어드레싱에 의해 순차적으로 판독이 가능하다. 이 경우 광원 장치(99a)는 분석 사이트(132)마다 시료의 특성에 맞는 파장(wavelength)의 빛을 선택하여 출력함으로써 흡광도를 측정한다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 분광 광도계(108)에 의한 분석 사이트(132)의 순차적 판독은 상기 슬라이더(211) 상에 분광 광도계(108)를 탑재하여 방사 방향 탐색과 방위각 방향(azimuthal) 탐색에 의해 분석 사이트에 대한 공간 어드레싱이 선행되는 것일 수 있다. 상기 이미지 센서장치는 CCD 또는 CMOS 또는 픽셀(pixel) 단위로 광량을 센싱하는 라인 이미지 센서(line image sensor)를 포함한다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 라인 이미지 센서는 리니어 센서 어레이(linear sensor array) 또는 CIS(Contact Image Sensor)를 포함한다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 이미지 센서 장치를 구비한 BOPM(103)이 분석 사이트의 이미지 정보를 얻기 위해 상기 슬라이더(slider)(211)를 이동시킬 수 있다. 분석 사이트 판독 전 상기 슬라이더(211) 상에 이미지 센서 장치를 탑재하여 방사 방향 탐색과 방위각 방향(azimuthal) 탐색에 의해 분석 사이트에 대한 공간 어드레싱이 선행되는 것일 수 있다.
도 9 및 도 10은 원심분리 동안 액체의 누수(leakage)를 방지하기 위한 액체 밸브의 일실시예를 나타낸다. 상기 액체 밸브(7)는 몸체(100)의 고속 회전시, 시료 챔버(131a)에 들어 있는 혈청이 영문 알파벳 V자형 또는 U자형 형상의 채널(7)에 의해 분석 사이트(132)로 이동하는 것을 방지한다. 또한, 도 9 및 도 10은 상기 액체 밸브(7)에 의해 구현된 액체밸브의 상세 도면이다. 액체 밸브(7)는 크게 내향 채널(7a)과 외향 채널(7b) 부분으로 나뉜다. 내향 채널(7a)은 몸체의 중심 방향(원심력 반대 방향)으로 형성된 채널을 말하며, 외향 채널(7b)은 원심력 방향으로 형성된 채널을 말한다. 액체 밸브(7)의 동작은 하기와 같다. 몸체(100)의 고속 회전시, 상기 시료 챔버(131a)로부터 누출된 액체(liquid leaked out)는 내향 채널(7a)에 먼저 채워지게 된다. 일단 상기 누출된 액체가 내향 채널(7a)을 채우고 나면, 내향 채널(7a) 내에 들어있는 누출된 액체 자체에 대해서 방사 방향(radial direction)의 원심력이 작용해 더 이상 시료 챔버(131a) 내의 액체가 누출되는 것이 억류된다. 오히려 누출된 액체가 원심력에 의해 다시 시료 챔버(131a) 내로 퇴각(withdrawal)한다. 즉, 몸체(100)의 고속 회전시, 시료 챔버(131a)로부터 액체가 일부 빠져나간 경우 그 액체 자체에 작용하는 원심력에 의해, 시료 챔버(131a)로부터 더 누출되려는 힘과 이미 누출된 액체 자체에 작용하는 원심력 간의 힘의 균형에 의해 더 이상의 액체 누출이 방지되는 것이다. 이러한 이미 누출된 액체에 작용하는 원심력에 의해 액체의 누출을 방지하는 것을 본 발명의 일 구체예에서는 액체 밸브 동작이라 칭한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 시료 챔버(131a)의 출구에는 원심분리 동안 액체의 누수(leakage)를 방지하기 위한 액체 밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 액체 밸브는 V자형 또는 U자형 형상의 유로 또는 액체 밸브 동작을 일으키는 초친수성(Superhydrophilic) 코팅된 유로에 의해 구현된 것을 포함한다.
도 11은 원심분리 과정을 설명하기 위해, 도 2의 박막 원심분리 분석장치(100)에서 시료 챔버(131a)와 찌꺼기 챔버(131b)의 주변을 발췌한 그림이다.
도 11은 몸체(100)의 회전에 의해 샘플 챔버(130)로부터 시료 챔버(131a) 및 찌꺼기 챔버(131b)로 이동한 혈액이 원심분리에 의해 혈청과 적혈구로 분리 되는 과정을 단계별로 나타낸다. 단계 1(step 1)은 혈액이 몸체의 초기 회전 동안, 샘플 챔버(130)로부터 시료 챔버(131a) 및 찌꺼기 챔버(131b)로 이동한 후 정량 유로(93)의 높이를 초과하는 혈액이 원심력에 의해 잉여 챔버(131c)로 이동하는 것을 나타낸다. 또한 혈액이 액체 밸브(7)에 의해 분석 사이트(132)로 이동하지 못하고 시료 챔버(131a) 내에 억류되어 있는 것을 나타낸다. 단계 2는 원심분리의 중간 상태를 나타낸 것으로 몸체의 회전에 따른 원심력에 의해 시료 챔버(131a)와 찌꺼기 챔버(131b)에 저장된 각각의 혈액에 대해 독립적으로 원심분리가 일어나, 혈청과 적혈구로 분리되는 것을 나타낸다. 몸체의 회전에 의해 발생되는 원심력에 의해 상기 시료 챔버(131a)와 찌꺼기 챔버(131b) 내의 혈액이 각각 원심분리되면서 시료 챔버(131a) 내의 적혈구는 상기 병목 채널(67)을 통해 찌꺼기 챔버(131b)로 이동한다. 또한 찌꺼기 챔버(131b) 내에서 원심분리된 혈청은 상기 병목 채널(67)을 통해 시료 챔버(131a) 내로 이동한다. 즉, 상기 병목 채널(67)은 원심분리 동안 분리된 혈청과 적혈구가 시료 챔버(131a)와 찌꺼기 챔버(131b) 사이를 자유롭게 이동할 수 있는 통로를 제공할 수 있다. 찌꺼기 챔버(131b)가 시료 챔버(131a)보다 원주의 더 바깥쪽에 배치되어 있어 원심분리가 진행됨에 따라 찌꺼기 챔버(131b)에는 적혈구가 모아지고, 시료 챔버(131a)에는 혈청이 모아진다. 단계 3은 단계 2에 의해 원심분리가 완료된 상태로 시료 챔버(131a)에는 혈청이 모아지고, 찌꺼기 챔버(131b)에는 적혈구가 모아진 것을 나타낸다. 단계 4는 원심분리 완료 후, 몸체의 회전을 정지시켰을 경우 액체 밸브(7)를 통해 시료 챔버(131a)의 혈청이 분석 사이트(132)로 친수성 이동하는 것을 나타낸다. 단계 5는 시료 챔버(131a) 내의 정량의 혈청만이 분석 사이트(132)로 이동한 것을 나타낸다. 즉, 정량의 혈청만이 분석 사이트(132) 내로 이동하며, 병목 채널(67) 및 찌꺼기 챔버(131b) 내의 유체는 분석 사이트(132)로 이동치 않고 그대로 남아있게 된다. 상기 분석 사이트(132)로 이동하는 혈청의 양은 시료 챔버(131a) 내의 저장된 혈청의 양에 의해 결정된다.
이러한 현상은 하기 5가지의 원인에 의할 수 있다.
상기 병목 채널(67)을 박막 유로(채널)로 구성함으로서, 몸체의 정지 동안에는 유체에 강한 모세관 현상이 작용하여, 찌꺼기 챔버(131b) 내의 유체가 병목 채널(67)을 통해 시료 챔버(131a)로 이동하지 않는다. 따라서, 찌꺼기 챔버(131b) 내의 적혈구가 시료 챔버(131a) 내로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 찌꺼기 챔버(131b)는 모세관 챔버로 구성되어 있기 때문에 찌꺼기 챔버(131b) 내에 저장된 적혈구는 이탈되기 어렵다. 찌꺼기 챔버(131b)의 표면과 적혈구 간의 결합력에 의해 적혈구는 찌꺼기 챔버(131b)에서 자유로이 이탈되기 어렵다. 몸체(100)의 정지 동안에는 병목 채널(67)이 혈청의 점성에 의해 막혀 있기 때문에 찌꺼기 챔버(131b) 내에 저장된 적혈구는 이동하기 어렵다. 찌꺼기 챔버(131b)는 그 전용 배기구가 없기 때문에, 찌꺼기 챔버(131b) 내에 저장된 적혈구는 이동하기 어렵다.
도 12는 상기의 병목 채널(67)의 일 실시예를 나타낸다. 상세 그림은 기준선 식별 번호 67a와 67b를 잇는 기준선에 의한 병목 채널(67)의 단면을 나타낸다.
병목 채널(67)은 상부 기질(1)과 중간 기질(2)을 접합시키기 위한 제1 박막 접착 테이프(1a) 및 중간 기질(2)과 하부 기질(3)을 접합시키기 위한 제2 박막 접착 테이프(2a)에 의해 형성된 2개의 박막 유로에 의해 구성된다. 이러한 2개의 박막 유로에 의해 형성된 병목 채널(67)은 원심분리 동안 시료 챔버(131a)내의 적혈구가 찌꺼기 챔버(131b)로 이동하거나 찌꺼기 챔버(131b) 내의 혈청이 시료 챔버(131a) 내로 자유로운 이동을 하기 위한 통로를 제공한다. 즉, 상기 병목 채널(67)은 몸체의 정지 시 유체 이동을 방지하기 위한 병목 채널 역할을 하고, 원심분리 중에는 혈청 및 적혈구의 이동 통로를 제공할 수 있다.
도 13 내지 도 15는 상기 다공성 멤브레인(membrane) 상에 다종의 종양 표지자(tumor marker)를 라인(line) 또는 스팟(spot) 형태로 고정시킨 스트립(strip)의 다양한 실시예를 나타낸다. 이하, 다종의 종양 표지자(tumor marker) 라인 또는 스팟을 테스트 라인(test line)이라 칭한다.
식별 번호 41a는 콘쥬게이트 패드(conjugate pad) 또는 샘플 패드(sample pad), 또는 샘플 패드와 콘쥬게이트 패드(conjugate pad)이고, 식별 번호 41b는 흡수 패드(absorbent pad)이다. 식별 번호 41c는 다공성 멤브레인이다. 상기 콘쥬게이트 패드에는 금 콘쥬게이트(gold conjugate) 또는 효소가 연결된 항체(enzyme linked antibody) 또는 형광물질 같은 표지자(label)가 패드 상에 냉동 건조된 형태(frozen dried form)로 침착될 수 있다. 상기 포획 프로브(예를 들어, 포획 항체)는 종양 표지자(tumor marker)을 고정시킬 수 있다. 상기 종양 표지자(tumor marker)는 AFP, PSA, CEA, CA19-9, CA125 및 A15-3로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 상기 포획 항체는 알츠하이머(Alzheimer) 질환의 특이 마커인 GS(Glutamine Synthetase)을 고정시킬 수 있다. 상기 포획 항체는 심근 경색 표지 인자인 미오글로빈(Myoglobin), CK-MB, 트로포닌 I(Troponin I)(Tnl)을 고정시킬 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 테스트 라인은 AIDS, 심근경색, 잔류항생제, 잔류 농약, 알레르기 및 유방암 검사 등을 위한 하나 이상의 표지자 내지 포획 프로브를 상기 다공성 멤브레인(41c) 상에 고정시킨 후, 면역크로마토그라피법에 의한 반응 검사시 적용될 수 있다. 상기 면역크로마토그라피법은 면역화학적방법(Immunochemistry)과 크로마토그라피법(Chromatogrphic Assay)를 결합한 검사 방법으로서, 항원에 대한 항체의 특이적인 면역적 반응성과 금 입자(Colloidal gold)의 발색 특성 및 유동성, 다공성 멤브레인(Porous membrane)의 모세관 현상에 의한 분자의 이동을 응용한 검사 방법이다. 면역크로마토그라피법은 기존 다중 단계의(multi-step) 면역측정법에서 볼 수 있는 샘플 희석, 세정 및 효소 결합체와 기질의 반응을 통한 발색 과정을 하나로 통합하여 한 단계(One-Step)로 신속하게 검사할 수 있는 편리성이 있다. 또한, 검사 결과를 특정 장비를 사용하지 않고 판정할 수 있는 용이성 및 경제성, 검사 결과 판독의 신속성이 있다. 상기 포획 항체는 종양 표지자(tumor marker) 외에 기준 라인(reference line)과 컨트롤 라인(control line)을 위한 항체를 더 고정시키는 것일 수 있다. 상기 기준 라인은 복수 개일 수 있다. 상기 기준 라인의 반응 농도는 음성 또는 양성 반응의 판별을 용이하게 하기 위한 기준치(cutoff value)일 수 있다. 상기 기준 라인의 기준치는 예를 들어, 3 ng/ml, 4 ng/ml, 10 ng/ml, 20 ng/ml, 30 ng/ml, 40 ng/ml 또는 50 ng/ml 중에서 선택될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 테스트 라인은 상기 기준 라인과 테스트 라인 간의 반응 강도(reaction intensity)의 차(difference)에 의해 정성 또는 정량 분석하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 테스트 라인은 백그라운드와 테스트 라인 간의 반응 강도(reaction intensity)의 차(difference)에 의해 정성 또는 정량 분석하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 테스트 라인은 복수 개의 기준 라인에 의해 형성된 반응 강도에 대한 선형 함수(linear function)에 의해 테스트 라인의 반응 강도(reaction intensity)를 결정하여 정성 또는 정량 분석하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 테스트 라인은 상기 기준 라인과 상기 컨트롤 라인에 의해 형성된 반응 강도에 대한 선형 함수(linear function)에 의해 테스트 라인의 반응 강도(reaction intensity)를 결정하여 정성 또는 정량 분석하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 기준 라인은 자유(free) PSA를 포획하기 위한 항체가 고정화되고, 상기 테스트 라인에는 전체(total) PSA를 포획하기 위한 항체가 고정화되어, ％fPSA(Percent free PSA)를 계측하는 것일 수 있다. 상기 ％fPSA는 전체(total) PSA에 대한 자유(free) PSA의 비(ratio)를 구함으로서 이루어질 수 있다. 상기 전체(total) PSA 및 자유(free) PSA에 관한 사항은 알려져 있다. 또한, 자유(free) PSA가 테스트 라인에 고정되고 전체(toal) PSA가 기준 라인에 고정될 수도 있다. 본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 기준 라인은 자유(free) PSA를 포획하기 위한 항체가 고정화되고, 상기 테스트 라인에는 프로(pro) PSA를 포획하기 위한 항체가 고정화되어, ％proPSA(Percent pro PSA)를 계측하는 것일 수 있다. 상기 ％proPSA는 자유(free) PSA에 대한 프로(pro) PSA의 비(ratio)를 구함으로서 이루어질 수 있다. 상기 프로(pro) PSA에 관한 사항은 알려져 있다. 또한, 프로(Pro) PSA가 기준 라인에 고정되고 자유(free) PSA가 테스트 라인에 고정될 수 있다. 또한, 상기 자유(free) PSA, 프로(pro) PSA 및 전체(total) PSA는 하나의 다공성 멤브레인 상에 고정화되어 한번에 ％fPSA와 ％proPSA를 계측할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 반응 강도는 다양한 파장(wavelength)의 LED 조명 하에서 반응 강도가 칼라 강도(color intensity)에 의해 표현된 이미지 정보에 의해 얻는 것일 수 있으며, 이들 다양한 파장과 칼라 강도 간의 2차원적 함수 관계에 의해 분석 사이트(132)의 반응 결과를 정량 또는 정성 분석을 분석하는 것을 포함한다. 상기 기준 라인(reference line)은 흡수 패드(41b)까지 시료가 확산하는 경우 양성 반응을 나타내며, 스트립을 사용한 테스트의 유효성 판별을 위해 사용될 수 있다. 기준 라인(reference line)이 양성일 경우 테스트 결과는 유효한 것으로 판단할 수 있다. 상기 다공성 멤브레인(41c)는 관통 유동(flow through) 또는 측방 유동(lateral flow) 방식으로 사용될 수 있으며, 이는 알려져 있다. 상기 샘플 패드(41a)에는 시료 또는 세정 용액이 투입될 수 있다. 상기 관통 유동(flow through) 방식의 다공성 멤브레인의 경우 상기 다공성 멤브레인(41c) 상에 다종의 종양 표지자(tumor marker) 또는 질병 마커 또는 항체를 스팟 형태로 고정시킨 스트립이 적용가능하다. 샘플 패드(41a)에 시료가 투입된 경우, 샘플 패드(41a)에 의해 흡수된 시료는 다공성 멤브레인(41c) 상에서 모세관 현상에 의해 확산 이동하고 포획 항체와 생화학적으로 특이적인 결합(specific binding)을 할 수 있다. 상기 다공성 멤브레인(41c)의 말단부에는 상기 확산 이동을 지원하기 위한 흡수 패드(41b)가 설치될 수 있다. 또한, 선택적으로, 샘플 패드에는 콘쥬게이트 패드가 연결될 수 있으며, 이 경우 샘플 패드로 유입된 액체 시료가 콘쥬게이트 패드 상의 골드 콘쥬게이트 또는 효소가 연결된 항체(enzyme linked antibody) 또는 형광물질과 결합하여 복합체를 이룬 후 다공성 멤브레인(41c) 상을 확산 이동할 수 있다. 샘플 패드(41a)에 세정액이 투입된 경우, 샘플 패드(41a)에 의해 흡수된 세정액은 다공성 멤브레인(41c) 상을 모세관 현상에 의해 확산 이동하면서 캡쳐 항체와 결합하지 않거나 비특이적으로 결합(non-specific binding)한 물질을 세정하여 다공성 멤브레인(41c)의 배경 노이즈(background noise)을 제거할 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 분석 사이트(132)는 상기 스트립(41)을 액체 밸브(7)의 말단과 샘플 패드(41a) 부분에 연결하여 설치될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 이미지 센서장치(144)에 의한 분석 사이트(132) 판독은 조명에 의한 빛의 산란과 기질상의 흠집에 의한 노이즈(noise)를 억제하기 위해 상부 기질(1)을 불투명처리 또는 불투명 도료에 의해 코팅하는 것을 포함한다. 이 경우 예를 들어, 상부 기질의 투명도는 20∼50％일 수 있다.
도 16은 분석 사이트(132)가 상이한 섹터에 병렬로 복수 개로 배열되어 단일 샘플에 대한 다종의 시료 분석, 예를 들어, 생화학 반응 분석을 위한 랩온어칩의 제반 공정이 배치된 박막 원심분리 분석 장치의 일실시예를 나타낸다.
상기 생화학 반응 분석이란, 예를 들어, 혈액 내의 GOT, GPT, ALP, LDH, GGT, CPK, 아밀라아제(Amylase), T-단백질(T-Protein), 알부민(Albumin), 글루코오즈(Glucose), T-콜레스테롤(T-Cholesterol), 트리글세라이드(Triglycerides), T-빌리루빈(T-Bilirubin), D-빌리루빈(D-Bilirubin), BUN, 크레아티닌(Creatinine), I.포스포루스(I.Phosphorus), 칼슘(Calcium), 요산(Uric Acid) 등의 분석을 포함한다.
식별 번호 132a, 132b, 132c 및 132d는 상기 생화학 반응을 위한 챔버로서, 상기 생화학 반응과 생화학 반응 결과를 분석 및 진단하기 위한 시약이 저장되어 있고, 상기 시료 챔버(131a)에서 공급되는 혈청과의 생화학 반응을 수행하는 분석 사이트(Assay site)의 일 실시예를 나타낸다. 식별 번호 7은 혈액의 원심분리 동안 액체의 누수(leakage)을 방지하기 위한 액체 밸브를 나타낸다.
식별 번호 290a는 기준 구멍, 식별 번호 131c는 잉여 챔버를 나타낸다. 식별 번호 154a, 154b, 154c 및 154d는 박막 밸브를 나타낸다. 식별 번호 13a, 13b, 13c, 13d 및 14는 배기구를 나타낸다.
몸체(100)의 회전 동안, 샘플 챔버(130)에 저장된 혈액은 원심분리 과정을 통해 시료 챔버(131a)에는 혈청이 저장되고, 찌꺼기 챔버(131b)에는 적혈구가 저장된다. 정량 챔버(140a,140b, 140c, 140d)는 대응하는 분석 사이트(132a, 132b, 132c, 132d)에 정량의 시료를 공급하기 위한 챔버로서, 정량 챔버(140a, 140b, 140c, 140d)의 체적(volume)이 상기 대응하는 분석 사이트로 공급되는 시료의 양을 결정한다. 액체 밸브(7)와 동심원 유로(9)는 초친수성 코팅되어 있고, 오버플로우 챔버(overflow chamber)(132e)는 소수성 코팅되어 있다. 따라서, 몸체(100)의 회전 정지시 시료 챔버(131a) 내의 혈청이 액체 밸브(7)를 통해 동심원 유로(9)을 따라 친수성 유체 이동한다. 정량 챔버(140a, 140b, 140c, 140d)는 초친수성 코팅되어 있는 챔버로서, 상기 동심원 유로(9)로의 시료 이동 동안 혈청이 채워진다. 이 경우 오버플로우 챔버(132e)는 소수성이므로 동심원 유로(9)와 정량 챔버(140a, 140b, 140c, 140d)에만 시료가 채워진다. 상기 동심원 유로(9)는 동심원을 갖도록 설계되어 있어 회전시 같은 원심력을 받는다. 따라서, 동심원 유로(9)에 시료가 채워지고 난 후, 다시 몸체(100)를 회전시키면, 상기 정량 챔버(140a, 140b, 140c, 140d) 내에만 시료가 저장된 채 남아 있고, 동심원 유로(9)를 채우고 있던 시료들은 원심력에 의해 오버플로우 챔버(132e)로 빠져 나간다. 이후, 상기 박막 밸브(154a, 154b, 154c, 154d)를 개방시켜 각각의 분석 사이트(132a, 132b, 132c, 132d) 내로 상기 정량 챔버((140a, 140b, 140c, 140d) 내의 시료를 유입시켜 시약과 생화학 반응을 일으킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 박막 밸브(154a, 154b, 154c, 154d)는 동심원 상에 배치되어 동시에 개방될 수 있다. 이후 상기 분광 광도계에 의해 상기 분석 사이트(132a, 132b, 132c, 132d) 내의 시료의 광 흡수율을 측정함으로써, 시료의 생화학 반응 결과를 정성 분석 또는 정량 분석할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 동심원 유로(9)는 동심원을 갖도록 설계되어 있어 회전시 같은 원심력을 받아 상기 박막 원심분리 분석 장치(100)를 회전시키면, 상기 정량 챔버(140a, 140b, 140c, 140d)에만 시료가 저장된 채 남아 있고, 동심원 유로(9)를 채우고 있던 시료는 원심력에 의해 오버플로우 챔버(132e)에 형성된 소수성 장벽을 극복하여 오버플로우 챔버(132e)로 빠져나갈 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어, 상기 박막밸브(154a, 154b, 154c, 154d)는 예를 들어, 버스트(Burst) 밸브를 포함하는 상기 몸체의 상측 또는 하측에 설치된 이동 가능한 영구 자석 또는 전자석에 의해 유공 내에 설치된 초소형 구슬(또는 박막 원기둥(원형) 자석)을 이용한 밸브 개폐; 기계적 힘에 의한 밸브 개폐; 원심력에 의한 밸브 개폐; 화학 작용에 의한 용해 및 응고에 의한 밸브 개폐; 열 또는 화학물질에 의해 과거의 형상으로 복원되는 형상 기억 합금에 의한 개폐 동작; 전기 분해에 의해 생성된 공기 방울을 이용한 밸브 개폐; 열에 의해 생성된 공기 방울을 이용한 밸브 개폐; 초소형 구슬의 열팽창과 수축에 의한 밸브 개폐; 정전기력(electrostatic force)에 의한 밸브 개폐; 자력에 의한 밸브 개폐; 레이저 열에 의한 밸브 개폐; temperature gradient 이용한 밸브 개폐; 초음파에 의한 엑츄에이터(actuator)의 밸브 개폐; 펌프(pump) 또는 물리적 압력에 의한 밸브 개폐; 초고주파에 의해 팽창수축하는 소형 입자에 의한 밸브 개폐; 모세관 버스트 밸브(capillary burst valve); 소수성 버스트 밸브; 자성 유체(magntic fluid)에 의한 밸브 개폐; 및 공기의 열 팽창 및 수축에 의한 밸브 개폐 등의 박막 밸브의 개폐 수단에 의해 유공이 개폐될 수 있는 박막화가 가능한 모든 밸브를 포함한다.
상기 소수성 버스트 밸브(hydrophobic burst valve)는 친수성 채널과 소수성 챔버의 경계 면에 형성된 유체 이동 장벽을 이용하는 것으로, 기준치 이하의 원심력 하에서는 유체가 이동하지 못하다가, 기준치 이상의 원심력이 발생하면 유체가 상기 유체 이동 장벽을 극복하여 소수성 챔버로 이동하는 것을 포함한다. 상기 유체이동 장벽은 친수성 유체가 이동하기 어려운 소수성 챔버라는 이유뿐만 아니라, 친수성 유로(채널) 자체가 유체에 대해 모세관 작용을 하여 친수성 채널에 유체를 억류시키기 때문에 형성될 수 있다.
상기 분석 사이트(132a, 132b, 132c, 132d)는 소수성 챔버이고, 상기 박막 밸브(154a, 154b, 154c, 154d)는 소수성 버스트 밸브를 사용하는 것일 수 있다. 이 경우 상기 정량 챔버(140a, 140b, 140c, 140d)는 초친수성 코팅되어 있는 챔버로서, 분석 사이트와의 경계면에 유체 이동 장벽을 형성할 수 있다. 상기 버스트 밸브를 포함한 박막밸브는 알려져 있다.
본 발명의 다른 일 실시예는, 도 2에 따른 액체 밸브(7)의 내향 채널(7a)과 시료 챔버(131a)의 출구 사이에 박막 밸브를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 몸체(100)의 회전 정지시에도 박막 밸브가 폐쇄된 경우에는 시료 챔버(131a) 내의 유체가 분석 사이트(132)로 이동하지 않으며, 박막 밸브 개방 후에 유체가 친수성 유체 이동에 의해 액체 밸브(7)를 경유하여 분석 사이트(132)로 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분광 광도계(108)의 계측을 위한 방위각 분석 사이트 탐색은 스텝 모터(step motor) 또는 스텝 모터에 연결된 기어 연결에 의한 박막 원심분리 분석 장치의 회전각(rotation angle) 제어에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분광 광도계(108)의 계측을 위한 방위각 분석 사이트 탐색은 분석 사이트 탐색용 박막 원기둥 자석을 몸체의 원주 상에 배치하여 상기 방위각 방향 밸브 탐색 과정을 응용한 방위각 분석 사이트 탐색을 시행함으로써 이루어 지거나 또는 몸체(100)의 회전 동안 바탕 용액 챔버에 의해 분석 사이트를 공간 어드레싱(space addressing)하여 각 분석 사이트 내의 시료의 광 흡수율을 몸체 회전 동안 순차적으로 계측함으로써 이루어질 수 있다. 이 경우 상기 몸체는 바탕 용액을 저장하기 위한 분석 사이트와 같은 반경을 갖는 바탕용액 챔버를 더 포함하고, 바탕 용액의 투광도가 100％(흡광도 0)가 되도록 분광 광도계를 조절(Calibration)한 후 각 분석 사이트 내의 시료에 대한 흡광도를 측정한다. 바탕 용액의 흡광도는 항상 0이므로 몸체의 회전 동안 바탕 용액 챔버를 식별할 수 있고, 이에 따라 바탕 용액 챔버를 기준으로 분석 사이트의 공간 어드레싱이 가능하다.
본 발명의 일 실시예는 ELISA(Enzyme-Linked Immunosorbent Assays) 또는 CLISA(Chemical Luminescence Immunosorbent Assays) 검사를 위한 랩온어칩의 제반 공정을 위한 박막 원심분리 분석장치에도 적용될 수 있다. 이에 대한 다양한 실시예는 알려져 있다.
본 발명의 일 실시예는 잔류 농약 검사 및 잔류 항생제를 위한 랩온어칩의 제반 공정을 위한 박막 원심분리 분석장치에 적용될 수 있다. 이 경우, 판독 결과에 따른 검사 결과가 컴퓨터 모니터 상에 표시되고, 자동 또는 수동으로 해당 관청 또는 식품 업체의 서버에 인터넷 망을 통해 원격 접속되어, 이들 서버에 이력이 보고 되거나 또는 무선 RF IC(전자 테그)의 메모리에 검사 결과와 각종 검사 이력들이 저장된다. 해당 관청은 잔류 농약 현황을 파악할 수 있고, 식품업체는 신선한 농축산물의 구입처에 대한 정보를 얻을 수 있다. 또한 해당 관청은 이와 같은 정보를 웹에 올려 일반 소비자가 해당 농축산업체에서 직거래를 통해 신선한 농축산물을 구매할 수 있는 정보를 제공할 수 있다. 잔류 농약 검사를 위한 효소 내지 마커는 야채, 채소 또는 과일 중에 포함된 농약, 예를 들어, 이들 중 사용량이 가장 많은 유기인계, 카바메이트계 살충제를 검사하기 위한 것을 포함하며, 상기 효소는 아세틸콜린에스터라아제(AChE)를 포함한다. 이에 대한 다양한 실시예는 알려져 있다.
도 17은 박막 원심분리 분석장치(100)의 다른 일 실시예로서, 도 2의 분석 사이트(132)의 다른 형태의 적용예을 나타낸다.
이 경우, 생화학 반응 분석 내지 상기 스트립(41)에 의한 면역학 분석을 제공하는 복수 개의 분석 사이트(132a, 132b, 132c); 시료 챔버(131a)의 시료를 일시적으로 보관하기 위한 버퍼 챔버(131d); 몸체의 회전 동안 시료 챔버(131a) 내에 혈청을 억류시키고, 몸체의 정지시 시료 챔버(131a) 내의 혈청을 버퍼 챔버(131d)로 이동시키기 위한 친수성 유체 이동 경로를 제공하는 액체 밸브(7); 상기 이동된 버퍼 챔버(131d)의 혈청을 상기 복수 개의 분석 사이트에 독립적으로 공급하기 위한 박막 밸브(155a, 155b, 155c); 상기 박막 밸브(155a, 155b, 155c)의 개방시, 상기 버퍼 챔버(131d)의 혈청을 친수성 유체 이동에 의해 해당 분석 사이트로 이동하기 위한 친수성 유로(8)를 더 포함함으로서, 단일 샘플 다종 분석이 가능하다. 이 경우, 상기 시료 챔버(131a)로부터 버퍼 챔버(131d)로의 혈청 이동은 액체 밸브(7)에 의한 친수성 유체 이동 과정과 원심력에 의한 유체 이동 과정을 교대로 반복함에 의해 이루어질 수 있다.
도 17은 액체 밸브(7)에 의한 친수성 유체 이동 과정과 원심력에 의한 유체이동 과정을 교대로 반복함으로서 시료 챔버(131a) 내의 혈청이 버퍼 챔버(131d)로 이동하는 과정을 단계별로 나타낸다.
단계 1(step1)은 몸체의 회전 중 원심분리가 완료된 상태로 시료 챔버(131a)에 혈청이 모아지고, 찌꺼기 챔버(131b)에 적혈구가 모아진 것을 나타낸다.
단계 2는 원심분리 완료 후, 몸체의 회전을 정지시켰을 때 액체 밸브(7)를 통해 시료 챔버(131a)의 혈청이 내향 채널(7a)과 외향 채널(7b)을 채운 후 버퍼챔버(131d) 로 친수성 이동하는 것을 나타낸다.
단계 3은 몸체의 회전에 의한 원심력에 의해 외향 채널(7b) 내의 혈청이 버퍼 챔버(131d) 내로 이동하는 것을 나타낸다.
단계 4는 몸체의 회전을 다시 정지시켰을 때 액체 밸브(7)를 통해 시료 챔버(131a)의 혈청이 내향 채널(7a)과 외향 채널(7b)을 다시 채운 후 버퍼 챔버(131d) 로 친수성 이동하는 것을 나타낸다.
단계 5는 상기 단계 3과 단계 4의 반복에 의해 시료 챔버(131a) 내의 모든 혈청이 버퍼 챔버(131d) 내로 점차로(gradually) 이동하는 것을 나타낸다.
단계 6은 박막 밸브(155a)를 개방하여, 버퍼 챔버(131d) 내의 혈청이 친수성 유로(8)를 통해 해당 분석 사이트(132a) 내로 이동하는 것을 나타낸다. 도 17의 버퍼 챔버(131d)는 초친수성 코팅될 수 있다. 이 경우 상기 흡수 펌프 동작에 의해 시료 챔버의 혈청이 버퍼 챔버 내로 쉽게 이동할 수 있다.
도 18은 도 17의 다른 형태의 일실시예로서, 원심력에 의해 분석 사이트 내로 혈청이 이동하는 예를 나타낸다. 이 경우 상기 박막밸브(155a, 155b, 155c)는 소수성 버스트 밸브(hydrophobic burst valve) 또는 모세관 버스트 밸브일 수 있다.
상기 박막밸브(155a, 155b, 155c)는 친수성 코팅된 친수성 유로(8)와 소수성 챔버인 분석 사이트(132a, 132b, 132c)의 경계면에 형성된 유체 이동 장벽에 의해 형성된 소수성 버스트 밸브 또는 모세관 버스트 밸브이다. 이러한 유체 이동 장벽은 기준치 이하의 원심력 하에서는 혈청이 이동하지 못하다가, 기준치 이상의 원심력이 발생하면 혈청이 상기 유체 이동 장벽을 극복하여 분석 사이트(132a, 132b, 132c)로 이동할 수 있다. 이 경우, 상기 단계 3의 원심력은 유체 이동 장벽을 극복하기 위한 원심력보다 작게 적용되는 것이 바람직하다.
도 19 내지 도 22는 상기 도 17의 일 실시예에 희석 용액 저장 챔버를 더 포함하는 경우로서, 이의 단계별 동작을 나타낸다. 식별 번호 131e는 희석 용액을 저장하기 위한 희석 용액 저장 챔버이다.
도 19와 도 20은 시료 챔버(131a) 내의 시료가 원심분리 동안, 버스트 밸브(150)의 개방에 의해 희석 용액 저장 챔버(131e)에 저장되어 있는 희석 용액이 버퍼 챔버(131f)로 이동하는 것을 나타낸다. 이 경우 버퍼 챔버(131f)로 이동하여 저장된 희석 용액은 액체 밸브(11)에 의해 억류된다. 마찬가지로, 시료 챔버(131a) 내의 시료도 원심분리 동안 액체 밸브(7)에 의해 시료 챔버(131a) 내에 억류된다. 버퍼 챔버(131f)의 정량을 초과하는 희석 용액은 정량 유로(10)를 통해 잉여 챔버(131g)로 이동함으로서 정량의 희석 용액이 버퍼 챔버(131f)에 저장될 수 있다.
도 21은 몸체의 회전을 정지시켰을 때 액체 밸브(7)를 통해 시료 챔버(131a)의 혈청이 내향 채널(7a)과 외향 채널(7b)에 채워진 후 믹싱 챔버(131h)로 친수성 이동하는 것을 나타낸다. 또한 액체 밸브(11)를 통해 버퍼 챔버(131f) 내의 희석 용액이 내향 채널(11a)과 외향 채널(11b)에 채워진 후 믹싱 챔버(131h)로 친수성 이동하는 것을 나타낸다.
도 22는 몸체의 회전에 의한 원심력에 의해 외향 채널(7b, 11b) 내의 유체를 믹싱 챔버(131h) 내로 이동시키는 과정과 몸체의 회전을 정지시켜 내향 채널(7a, 11a)과 외향 채널(7b, 11b)을 친수성 유체 이동에 의해 다시 채우는 과정을 교대로 반복 수행하여 믹싱 챔버(131h) 내로 시료와 희석 용액을 점차로(gradually) 이동시킨 결과를 나타낸다. 따라서, 이들 희석 용액과 시료는 믹싱 챔버(131h) 내에서 믹싱(mixing)되어 희석된 시료가 될 수 있다.
상기 액체 밸브에 의한 친수성 유체 이동과 원심력에 의한 유체이동을 반복 수행하여 시료와 희석 용액을 믹싱 챔버(131h)에 점차로(gradually) 이동시키는 과정은 시료와 희석 용액 간에 점진적으로 혼합(mixing)함으로서, 두 유체 간의 믹싱 효율을 극대화시킬 수 있다. 이하, 시료와 희석 용액을 믹싱 챔버(131h)에 점차로(gradually) 이동시키는 과정 중에 일어나는 시료와 희석 용액 간의 믹싱을 그레쥬얼 믹싱(gradual mixing)이라 칭한다.
상기 유압 버스트 밸브는 박막 접착테이프에 의한 유공 폐쇄시 박막 접착테이프의 접착 면적에 의해 폐쇄 강도(closing strength)를 결정하고, 상기 폐쇄 강도(closing strength)를 극복하는 디스크 회전 속도(원심력) 이상에서 상기 박막 접착테이프가 떨어져 유공을 개방시킬 수 있는 밸브를 포함한다.
상기 버스트 밸브는 예를 들어, 유압버스트 밸브(hydraulic burst valve)일 수 있다. 상기 버스트 밸브는 알려져 있다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 원심분리 분석 장치를 프런트 로딩(front loading) 또는 탑 로딩(top loading)할 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 원심분리 분석 장치 드라이브(100a)를 나타낸다. 상기 박막 원심분리 분석 장치 드라이브(100a)에 박막 원심분리 분석 장치(100)가 로딩될 수 있다. 식별 번호 751은 상기 박막 원심분리 분석 장치 드라이브의 용기(case)이고, 식별 번호 750a는 상기 박막 원심분리 분석 장치(100)를 프런트(front) 로딩하기 위한 트레이(tray)이다. 또한, 식별 번호 750b는 탑 로딩하기 위한 뚜껑(cover)로서, 상기 뚜껑을 열고 턴테이블에 박막 원심분리 분석 장치의 공극(170)을 맞추어 끼울 수 있다. 로딩 방식에 따라 식별 번호 750a 또는 식별 번호 750b 중 하나가 선택될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 원심분리 분석 장치 드라이브는 선택적으로 통상의 광 디스크 재생을 위한 재생 및 탐색 버튼(745), 정지 버튼(746)을 포함할 수 있다. 식별 번호 744는 박막 원심분리 분석 장치드라이브의 전원 온오프 버튼이다.
도면 부호 760은 박막 원심분리 분석 장치 드라이브의 진행 상태 및 모드(mode)를 표시해 주는 표시 장치로서, 발광다이오드 또는 LCD 장치가 사용될 수 있다. 상기 표시 장치(760)는 현재 로딩된 디스크가 박막 원심분리 분석 장치인지 또는 광 디스크인지를 표시하거나 분석 결과를 표시해 주거나 또는 박막 원심분리 분석 장치 드라이브의 주요 공정에 따른 진행 상태를 표시해 준다. 다른 방식에 의하면, 상기 표시 장치(760)는 그래픽 사용자 인터페이스(Graphic User Interface) 및 상기 진행 단계에 따른 진행률을 퍼센트(％) 또는 막대 그래프(bar graph), 파이 그래프(pie graph) 형식으로 표시될 수 있다.
식별 번호 111은 상기 입출력 장치로서, 이를 통해 자동 또는 수동으로 해당 전문 의사와 인터넷 망을 통해 원격 접속되고, 상기 진단 결과 및 문진표가 필요시 전문 의사에게 원격 전송될 수 있다. 이후 환자는 전문 의사의 처방을 기다린다.
도 8에 따른 박막 원심분리 분석 장치 드라이브에는 스피커, 동영상 카메라 및/또는 마이크가 더 포함될 수 있다. 일반적으로 진행 암이 아니면 종양 표지자(tumor marker)의 혈중 농도가 증가하지 않고, 보통 조기 암의 경우에 혈중 종양 표지자는 정상 범위 내의 값이며, 암이 진행됨에 따라 혈중 농도가 증가해 양성율도 높아진다. 본 발명의 일 실시예에서는 이러한 점을 착안하여 분석 사이트의 정량 분석에 의한 판독 결과를 이력 관리하는 통계 소프트웨어를 포함하여 정기적인 추적 진단에 대한 정보를 사용자에게 제공하는 것을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 박막 원심분리 분석 장치 드라이브는 상기 반응 결과를 판독 분석하여 음성 또는 양성, 위험군 여부 또는 수치 등을 계산하기 위한 소프트웨어를 더 포함 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 박막 원심분리 분석 장치 드라이브는 박막 원심분리 분석 장치의 사이드 로딩(side loading) 또는 수직 로딩(vertical loading)을 허용할 수 있다.
상기 본 발명의 일 구체예 또는 일 실시예는 도면을 참조하여 설명되고 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 구체예 또는 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 일 구체예 또는 일 실시예의 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해진다.
Claims (33)
- 샘플을 주입하기 위한 샘플 주입구;
상기 샘플 주입구로 주입된 샘플을 저장하기 위한 샘플 챔버;
원심분리 동안 상기 샘플로부터 얻어진 시료를 저장하기 위한 시료 챔버;
상기 원심분리 동안 발생한 시료가 아닌 찌꺼기(remnant)를 저장하기 위한 찌꺼기 챔버(remnant chamber);
상기 시료 챔버와 상기 찌꺼기 챔버를 연결하는 병목 채널;
상기 시료와 결합하기 위한 포획 프로브가 고정화되어 있거나 및/또는 상기 시료와의 생화학 반응을 위한 시약이 저장되어 있는 하나 이상의 분석 사이트;
세정 공정에 의해 상기 포획 프로브와 결합하지 않은 물질(debris)을 모으기 위한 트레쉬 챔버;
상기 샘플 주입구, 상기 샘플 챔버, 상기 시료 챔버, 상기 찌꺼기 챔버, 상기 트레쉬 챔버, 상기 병목 채널 및 상기 분석 사이트가 집적화된 회전 가능한 소수성 몸체;
상기 몸체의 회전 정지시 상기 시료 챔버 내의 시료를 분석 사이트로 이동시키기 위한, 친수성 유체 이동, 흡수 펌프로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 유체 이동 수단; 및
상기 원심분리 동안 상기 시료 챔버 내에 억류되어 있던 시료가 상기 몸체의 회전 정지시 상기 분석 사이트로 이동하기 위해 상기 시료 챔버와 상기 분석 사이트를 연결하는 유로를 제공하는 친수성 유체 이동 수단인 친수성(hydrophilic) 코팅된 액체 밸브;를 포함하며,
상기 흡수 펌프는 상기 액체 밸브의 말단과 상기 분석 사이트 입구 사이에 흡수 패드 또는 샘플 패드를 구비하여 상기 액체 밸브의 말단에 도착한 시료를 빨아들이는 흡입력에 의해 상기 시료 챔버 내의 시료를 상기 분석 사이트로 이동시키는 박막 원심분리 분석 장치. - 제1항에 있어서, 상기 액체 밸브는 내향 채널과 외향 채널로 구성된 U자형 또는 V자형 형상을 갖는 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 액체 밸브와 상기 시료 챔버의 출구 사이에 박막 밸브를 더 포함하는 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 몸체는 상기 시료 챔버의 잉여분(excess)의 시료 내지 샘플을 저장하기 위한 정량 유로 및 잉여 챔버를 더 포함하는 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 찌꺼기 챔버(remnant chamber)는 모세관 챔버인 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 몸체는 세정 챔버, 믹싱(mixing) 챔버, 버퍼 챔버 및 기질 챔버로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 챔버를 더 포함하는 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 병목 채널은 두 개 이상의 박막 유로(또는 박막 채널)를 포함하는 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 박막 유로는 유로 형상이 포함된 박막 접착 테이프에 의해 몸체를 구성하는 기질들의 층 사이에 형성되는 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 몸체는 상부 기질, 중간 기질 및 하부 기질이 적층 및 접합되어 있고, 상기 상부 기질 및 상기 중간 기질 사이에 적층되어 상기 상부 기질과 상기 중간 기질을 결합시키는 제1 박막 접착 테이프; 및 상기 중간 기질 및 하부 기질 사이에 적층되어 상기 중간 기질과 상기 하부 기질을 결합시키는 제2 박막 접착 테이프를 더 포함하는 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 제10항에 있어서, 상기 기질은 소수성 물질, 실리콘 웨이퍼, 폴리프로필렌, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA: polymethyl methacrylate), 고리형 올레핀 고분자(COC: cyclic olefin copolymer) 및 폴리카보네이트로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 형성되는 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 분석 사이트는 상기 포획 프로브가 고정된 다공성 멤브레인 또는 스트립(strip)을 포함하는 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 몸체는 온도 측정 기능, 분석 사이트 판독 기능, 분석 사이트 의 판독 결과를 저장 및 송출하는 기능, 개인 암호화 기능, 상기 박막 원심분리 분석 장치의 ID(identification) 저장 및 송출 기능, 검사 일자 저장 기능 및 유효 기간 저장 기능으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 기능을 갖는 무선 RF IC를 포함하는 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 제13항에 있어서, 상기 무선 RF IC에 전원을 공급하기 위한 무선 전파 발생 수단을 더 포함하는 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 제14항에 있어서, 상기 무선 전파 발생 수단은 다극(multipole) 영구 자석을 포함하여 상기 몸체의 회전에 따라 발생된 교류 자계에 의해 상기 무선 RF IC 속에 내장된 유도 코일에 전류를 발생시키는 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 몸체는 상기 시료 챔버로부터 얻어진 혈청으로부터 DNA 또는 RNA을 준비하기 위한 프렙 챔버, 상기 DNA 및 RNA을 증폭하기 위한 증폭 챔버 및 상기 증폭된 DNA을 일정한 길이로 자르기 위한 공정을 수행하기 위한 프레그맨테이션 챔버(fragmentation chamber)을 더 포함하는 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 제16항에 있어서, 상기 몸체 내에 상기 프렙 챔버 또는 상기 증폭 챔버 또는 상기 프레그맨테이션 챔버 또는 상기 분석 사이트 또는 믹싱 챔버에 대한 공간 어드레싱(space addressing)을 위한 박막 원기둥 자석 또는 박막 강자성체 금속 입자를 더 포함하는 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 제17항에 있어서, 상기 공간 어드레싱은 방사 방향 탐색과 방위각 방향 탐색에 의해 이루어 지는 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 제17항에 있어서, 상기 챔버들의 온도를 제어하기 위한 온도 측정 수단, 가열 수단 및 냉각 수단으로 구성된 군으로부터 하나 이상을 포함하는 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 분석 사이트의 판독은 광 투과율 측정 장치, 형광 탐지 장치, 분광 광도계(spectrometer), SPR(Surface Plasmon Resonance) 탐지 장치, 조명 장치 및 이미지 센서를 포함하는 광학 측정장치, 레이저 빔 장치 및 광 검출기를 포함하는 포토 메트릭(photometric) 측정 장치로 구성된 군으로부터 선택된 검출 수단에 의해 이루어지는 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 믹싱 챔버에 포함되는 자성체 소형 구슬; 상기 몸체의 하부 에서 이동 가능한 슬라이더; 및 상기 슬라이더에 장착되고 상기 자성체 소형 구슬에 인력을 인가하여 상기 자성체 소형 구슬을 운동시킬 수 있는 영구 자석을 더 포함하고, 상기 슬라이더의 움직임에 따라 상기 자성체 소형 구슬이 함께 움직이고, 그에 의해 상기 믹싱 챔버 내에서 액체의 혼합이 유도되는 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 믹싱 챔버에 포함되는 자성체 소형 구슬; 상기 몸체의 하부에서 이동 가능한 슬라이더; 및 상기 슬라이더에 장착되고 상기 자성체 소형 구슬에 인력을 인가하여 상기 자성체 소형 구슬을 운동시킬 수 있는 영구 자석을 더 포함하고, 상기 영구 자석을 상기 믹싱 챔버의 해당 반경에 정지시키고 상기 몸체를 회전시킴에 따라 상기 자성체 소형 구슬이 함께 움직이고, 그에 의해 상기 믹싱 챔버 내에서 액체의 혼합이 유도되는 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 제1항에 있어서, 친수성 코팅된 정량 챔버와 친수성 코팅된 동심원 유로를 더 포함하고, 상기 정량 챔버는 상기 동심원 유로와 상기 분석 사이트 사이에 포함되고, 상기 동심원 유로는 상기 액체 밸브의 출구와 연결되고, 상기 시료 챔버의 시료가 상기 동심원 유로를 통해 친수성 유체 이동하는 동안 상기 정량 챔버와 상기 동심원 유로가 시료에 의해 채워지고, 이후 상기 몸체의 회전에 의해 상기 정량 챔버에 시료를 남긴 채 상기 동심원 유로 내의 시료를 원심력에 의해 빼내어 저장하기 위한 오버플로우(overflow) 챔버를 더 포함하는 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 제23항에 있어서, 상기 정량 챔버의 시료는 상기 몸체의 회전시 원심력에 의해 상기 정량 챔버와 상기 분석 사이트와의 경계면 사이에 형성된 유체 이동 장벽을 극복하고 상기 분석 사이트 내로 이동하는 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 샘플을 주입하기 위한 샘플 주입구;
상기 샘플 주입구로 주입된 샘플을 저장하기 위한 샘플 챔버;
원심분리 동안 상기 샘플로부터 얻어진 시료를 저장하기 위한 시료 챔버;
상기 원심분리 동안 발생한 시료가 아닌 찌꺼기(remnant)를 저장하기 위한 찌꺼기 챔버(remnant chamber);
상기 시료 챔버와 상기 찌거기 챔버를 연결하는 병목 채널;
상기 시료 챔버의 정량을 초과하는 잉여분(excess)의 샘플을 저장하기 위한 잉여 챔버;
상기 시료와 결합하기 위한 포획 프로브가 고정화되어 있거나 및/또는 상기 시료와의 생화학 반응을 위한 시약이 저장되어 있는 하나 이상의 분석 사이트;
상기 시료 챔버와 상기 분석 사이트를 연결하는 유로 상에 형성된 친수성 코팅된 액체 밸브;
세정 공정에 의해 상기 포획 프로브와 결합하지 않는 물질(debris)을 모으기 위한 트레쉬 챔버(trash chamber); 및
상기 샘플 주입구, 상기 샘플 챔버, 상기 시료 챔버, 상기 찌꺼기 챔버, 상기 잉여 챔버, 상기 트래쉬 챔버, 상기 병목 채널, 상기 분석 사이트, 상기 액체 밸브 및 유로가 집적화된 회전 가능한 몸체를 포함하는 박막 원심분리 분석 장치를 이용한 분석 방법에 있어서,
상기 샘플 주입구를 통해 샘플을 상기 샘플 챔버에 주입하는 단계;
상기 몸체의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해 상기 샘플 챔버 내의 샘플이 상기 시료 챔버와 상기 찌꺼기 챔버로 이동하고, 상기 이동시 상기 시료 챔버의 정량을 초과하는 경우 상기 잉여 샘플이 상기 잉여 챔버로 이동하는 단계;
상기 몸체의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해 상기 시료 챔버와 상기 찌거기 챔버 내의 샘플이 각각 원심분리되면서 상기 시료 챔버 내의 찌거기가 상기 병목 채널을 통해 상기 찌거기 챔버로 이동되거나 또는 상기 찌거기 챔버 내의 시료가 상기 병목 채널을 통해 상기 시료 챔버로 이동하는 단계;
상기 액체 밸브에 의해 상기 시료 챔버 내에 억류되어 있던 시료가 상기 몸체의 회전 정지시 상기 시료 챔버 내의 시료가 상기 액체 밸브를 통해 친수성 유체 이동에 의해 상기 분석 사이트로 이동하는 단계; 및
상기 분석 사이트 내로 이동한 시료가 상기 분석 사이트 내의 포획 프로브와 결합하거나 상기 분석 사이트 내의 시약과 생화학 반응을 수행하는 단계를 포함하며,
상기 액체 밸브의 말단과 상기 분석 사이트 입구 사이에 흡수 패드 또는 샘플 패드를 구비하여 상기 액체 밸브의 말단에 도착한 시료를 빨아들이는 흡입력에 의해 상기 시료 챔버 내의 시료를 상기 분석 사이트로 이동시키는 것을 포함하는 분석 방법. - 제25항에 있어서, 세정 용액을 첨가하여 상기 분석 사이트를 세정하거나 상기 몸체를 회전시켜 상기 분석 사이트를 건조 및 탈수시키는 단계를 더 포함하는 것인 분석 방법.
- 제25항에 있어서, 상기 분석 사이트를 탐색하기 위한 분석 사이트 탐색 단계; 상기 분석 사이트의 반응 결과를 정성 또는 정량 분석하는 단계; 상기 몸체 내에 집적화된 무선 RF IC가 상기 분석 사이트를 판독하여 무선 송출하는 단계; 상기 분석에 따른 진단 결과를 컴퓨터 모니터 상에 표시하는 단계; 상기 분석에 따른 진단 결과 또는 문진표를 인터넷 망을 통해 접속되어 있는 의사에게 원격 전송하는 단계; 또는 상기 의사로부터 처방을 받는 단계 중 하나 이상의 단계를 더 포함하는 것인 분석 방법.
- 제25항에 있어서, DNA 또는 RNA를 분리하는 단계; DNA를 증폭하는 단계; 증폭된 DNA를 적당한 길이로 자르는 프레그맨테이션(fragmentation) 단계; 또는 DNA의 한쪽 말단에 표지자를 붙이는 라벨링 (labeling)단계 중 하나 이상의 단계를 더 포함하는 것인 분석 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 찌꺼기 챔버는 상기 병목 채널 이외에는 어떠한 액체의 입출입을 위한 채널 또는 배기구를 포함하지 않는 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 샘플을 주입하기 위한 샘플 주입구;
상기 샘플 주입구로 주입된 샘플을 저장하기 위한 샘플 챔버;
원심분리 동안 상기 샘플로부터 얻어진 시료를 저장하기 위한 시료 챔버;
상기 원심분리 동안 발생한 시료가 아닌 찌꺼기(remnant)를 저장하기 위한 찌꺼기 챔버(remnant chamber);
상기 시료 챔버와 상기 찌꺼기 챔버를 연결하는 병목 채널;
몸체의 회전 동안 상기 시료 챔버 내에 시료를 억류시키고, 몸체의 정지시 상기 시료 챔버 내의 시료를 이동시키기 위한 친수성 유체 이동 경로를 제공하는 친수성 코팅된 액체 밸브;
상기 액체 밸브에 의한 친수성 유체 이동과 원심력에 의한 유체 이동을 교대로 반복 수행하여 상기 시료 챔버내의 시료를 이동시켜 저장하기 위한 버퍼 챔버;
상기 시료와 결합하기 위한 포획 프로브가 고정화되어 있거나 및/또는 상기 시료와의 생화학 반응을 위한 시약이 저장되어 있는 하나 이상의 분석 사이트;
상기 이동된 버퍼 챔버의 시료를 상기 하나 이상의 분석 사이트에 공급하기 위한 박막 밸브;
상기 샘플 주입구, 상기 샘플 챔버, 상기 시료 챔버, 상기 찌꺼기 챔버, 상기 버퍼 챔버, 상기 액체 밸브, 상기 병목 채널, 상기 박막 밸브 및 상기 분석 사이트가 집적화된 회전 가능한 소수성 몸체;
상기 액체 밸브의 말단에 도착한 시료를 빨아들이는 흡입력에 의해 상기 시료 챔버 내의 시료를 상기 분석 사이트로 이동시키도록 상기 액체 밸브의 말단과 상기 분석 사이트 입구 사이에 구비되는 흡수 패드 또는 샘플 패드; 및
상기 박막 밸브 개방시, 상기 버퍼 챔버의 시료를 친수성 유체이동에 의해 상기 분석 사이트로 이동시키기 위한 친수성 유로를 상기 버퍼 챔버와 상기 분석 사이트 간에 포함하여 단일 샘플에 대한 다종 분석을 제공하는 박막 원심분리 분석 장치. - 제30항에 있어서, 상기 박막 밸브는 소수성 버스트 밸브(hydrophobic burst valve) 또는 모세관 버스트 밸브인 것인 박막 원심분리 분석 장치.
- 샘플을 주입하기 위한 샘플 주입구;
상기 샘플 주입구로 주입된 샘플을 저장하기 위한 샘플 챔버;
원심분리 동안 상기 샘플로부터 얻어진 시료를 저장하기 위한 시료 챔버;
상기 원심분리 동안 발생한 시료가 아닌 찌꺼기(remnant)를 저장하기 위한 찌꺼기 챔버(remnant chamber);
상기 시료 챔버와 상기 찌꺼기 챔버를 연결하는 병목 채널;
희석 용액을 저장하기 위한 희석 용액 저장 챔버;
상기 희석 용액 저장 챔버의 출구에 설치되어 몸체의 회전 동안 발생하는 유압에 의해 개방되는 유압 버스트 밸브;
상기 유압 버스트 밸브의 개방시 상기 희석 용액 저장 챔버 내의 희석 용액을 일시적으로 저장하기 위한 버퍼 챔버;
몸체의 회전 동안 상기 시료 챔버 내의 시료 또는 상기 버퍼 챔버 내의 희석 용액을 억류시키고, 몸체의 정지시 상기 시료 챔버 내의 시료 또는 상기 버퍼 챔버 내의 희석 용액을 이동시키기 위한 친수성 유체 이동 경로를 제공하는 친수성 코팅된 액체 밸브;
상기 액체 밸브에 의한 친수성 유체 이동과 원심력에 의한 유체 이동을 교대로 반복 수행하여 상기 시료와 상기 희석 용액을 점차적으로(gradually) 이동시켜 그레쥬얼 믹싱(gradual) 및 일시 저장 기능을 수행하는 믹싱 챔버;
상기 시료와 결합하기 위한 포획 프로브가 고정화되어 있거나 및/또는 상기 시료와의 생화학 반응을 위한 시약이 저장되어 있는 하나 이상의 분석 사이트;
상기 이동된 믹싱 챔버 내의 희석된 시료를 상기 하나 이상의 상기 분석 사이트에 공급하기 위한 박막 밸브;
상기 샘플 주입구, 상기 샘플 챔버, 상기 시료 챔버, 상기 찌꺼기 챔버, 상기 희석 용액 저장 챔버, 상기 버퍼 챔버, 상기 믹싱 챔버, 상기 액체 밸브, 상기 병목 채널, 상기 유압 버스트 밸브, 상기 박막 밸브 및 상기 분석 사이트가 집적화된 회전 가능한 소수성 몸체;
상기 액체 밸브의 말단에 도착한 시료를 빨아들이는 흡입력에 의해 상기 시료 챔버 내의 시료를 상기 분석 사이트로 이동시키도록 상기 액체 밸브의 말단과 상기 분석 사이트 입구 사이에 구비되는 흡수 패드 또는 샘플 패드;및
상기 박막 밸브 개방시, 상기 믹싱 챔버 내의 희석된 시료를 친수성 유체이동에 의해 상기 분석 사이트로 이동시키기 위한 친수성 유로를 상기 믹싱 챔버와 상기 분석 사이트 간에 포함하여 단일 샘플에 대한 다종 분석을 제공하는 박막 원심분리 분석 장치. - 제1항, 제12항, 제30항 또는 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분석 사이트는 ％fPSA(percent free PSA) 또는 ％proPSA(percent pro PSA)를 분석하기 위한 포획 프로브가 고정된 것인 박막 원심분리 분석 장치.
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