KR20120125220A - 마이크로유체 검정 플랫폼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로유체 채널과 상기 마이크로적정 플레이트를 통합함으로써 검정 작동법을 단순화하고, 작동 속도를 증가시키고, 시약 소비를 감소시키는 것을 수반하는 종래의 마이크로적정 플레이트에 신규 개선점을 개시한다. 본 발명은 종래의 마이크로적정 플레이트의 위치에 사용될 수 있고, 마이크로적정 플레이트를 위해 설계된 기기 장치 시스템의 존재에 어떠한 변화도 없이 쉽게 대체될 수 있다. 또한, 본 발명은 샘플 로딩 웰과 통합된 마이크로유체 장치를 개시하고, 여기서 전체 흐름 공정은 모세관 중심이다.

Description

마이크로유체 검정 플랫폼{MICROFLUIDIC ASSAY PLATFORMS}

본원은 2009년 7월 20일에 출원한 미국 특허 가출원 제61/226,764호, 2010년 1월 21일에 출원한 미국 특허 가출원 제61/297,221호에 대하여 우선권을 주장하고 이의 전부는 본원에 참조로서 포함된다.

본 작업은 부여 번호 R44EB007114 하에서 국립 보건원(NIH)에 의해 부분적으로 재정 지원되었다. 정부는 본 발명에 특정한 권리를 가질 수 있다.

본원은 마이크로플레이트 검정법, 더 바람직하게는 종래의 마이크로플레이트의 설계를 갖는 마이크로유체 기술의 통합의 개선에 관한 것이고, 이는 상기 마이크로플레이트의 성능 및 상기에 수행되는 검정법을 개선한다.

면역 검정법 기술은 "정량 면역 검정법"에 설명한 것과 같은 다양한 적용에 널리 사용된다: 문헌[A Practical Guide for Assay Establishment, Troubleshooting and Clinical Applications; James Wu; AACC Press; 2000년]. 가장 흔한 면역 검정법 기술은 비경쟁 검정법이고, 이러한 예로는 2개의 결합 시제(agent)를 사용하여 분석물을 검출하는 샌드위치 면역 검정법 및 오직 1개의 결합 시제를 사용하여 분석물을 검출하는 경쟁 검정법이 널리 알려져 있다. 이들의 가장 기본적인 형태에서, 샌드위치 면역 검정법(검정)은 다음과 같이 설명할 수 있다: 포획 항체는 상기 분석물에 특별한 친화도를 제공하고, 이상적으로 임의의 다른 분석물과 반응하지 않는 것이 선택된다. 이러한 단계에 이어서, 표적 분석물을 함유하는 용액은 상기 표적 분석물이 상기 포획 항체와 컨쥬게이팅하는 면적에 도입된다. 초과 분석물을 세정한 후, 제 2 결합 시제로서 제 2 검출 항체는 상기 면적에 추가된다. 또한, 상기 검출 항체는 리포터(reporter) 시제와 일반적으로 "라벨링"된다. 상기 리포터 시제는 광학(형광 또는 화학 발광 또는 대형 면적 이미징), 전기, 자석 또는 다른 수단과 같은 다수의 검출 기술 중 하나에 의해 검출되는 것에 관한 것이다. 상기 검정 서열에서, 검출 항체는 분석물-포획 항체 복합제와 더 결합한다. 초과 검출 항체를 제거한 후에, 상기 검출 항체 상의 리포터 시제는 적합한 기술을 수단으로 하여 최종적으로 얻어진다. 이러한 포맷에서, 리포터 시제로부터의 신호는 샘플 내의 분석물의 농도에 비례한다. 소위 "경쟁적" 검정법에서, 검출 항체 및 (검출 항체 + 분석물) 컨쥬게이트 사이의 경쟁 반응이 원인이 된다. 상기 분석물 또는 분석물 유사체는 고체상 위에 직접적으로 코팅되고, 고체-상 분석물(또는 유사체)에 연결되는 검출 항체의 양은 용액 내 검출 항체 및 자유 분석물의 상대적인 농도에 비례한다. 면역 검정법 기술의 이점은 결합 시제를 이용하여 제공된 표적 분석물에 검출의 특이성이 있다는 것이다.

상기 설명은 단백질의 검출과 같은 검정법 기술의 가장 일반적인 형태에 적용한다는 것을 주목하라. 또한, 면역 검정법 기술은 효소, 핵산 등과 같은 다른 분석물을 검출하는데 사용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 유사한 개념은 "포획" 항원 및 검출 분석물을 이용하는 분석물 항체의 검출의 경우를 포함하는 것 뿐만 아니라 다른 다양성에 널리 적용될 수도 있다.

"마이크로플레이트", "96 웰 플레이트", "96 웰 마이크로플레이트"와 같은 96 웰 마이크로적정 플레이트는 생화학 실험실의 워크홀스(workhorse)이다. 마이크로플레이트는 검출을 기초로 하는 면역 검정법(검정)을 포함하는 다양한 적용에 사용되어왔다. 마이크로플레이트의 다른 적용은 저장소; 셀 분석; 소량을 확인하는 화합물 스크리닝을 위한 매체로서의 사용을 포함한다. 96 웰 플레이트는 현재 모든 생화할 실험실에서 동시에 사용되고, 자동화된 조제 시스템과 같은 상당수의 기기, 자동화된 플레이트 세정 시스템이 개발되어왔다. 사실, Society for Biomolecular Sciences(SBS) 및 American National Standards Institute(ANSI)에서는 특정 크기의 마이크로플레이트에 대한 안내서를 출간했고, 대부분의 제조자들은 안내서에 따라 상기 플레이트를 조작할 수 있는 기기 장치 시스템을 만든다. 상기 설명한 기본 자동화된 기기 장치에 더하여, 마이크로플레이트 성능의 특별한 양태를 개선하도록 개발된 다수의 특별한 기기 장치 시스템의 예가 있다. 예를 들면, 본원에 참조로서 전체가 포함된 US7488451 등의 특허는 마이크로입자에 대한 분산 시스템을 공개하고, 상기 시스템은 마이크로플레이트 내의 로딩(loading) 마이크로입자를 목표로 하며; 본원에 참조로서 전체가 포함된 US5234665는 셀 분석에 대한 마이크로플레이트 내의 집합 패턴을 분석하는 방법을 개시한다.

96 웰 플랫폼은 매우 잘 설치되고 일반적으로 수용되었지만, 약간의 주목할 만한 결점으로부터 결함을 받을 수 있다. 각각의 반응 단계는 약 50 ㎕ 내지 100㎕의 시약(reagent) 용적을 필요로 하고; 각각의 배양 단계는 약 1시간 내지 8시간의 배양 간격을 필요로 하여 만족하는 반응을 달성한다; 상기 배양 시간은 일반적으로 특정 단계 내의 시약의 농도에 따라 좌우된다. 플레이트당 수율을 증가시키고 반응 용적(및 그 결과로 플레이트당 작동 비용)을 감소하기 위한 시도에서, 연구원들은 384 웰 마이크로플레이트 및 1536 웰 마이크로플레이트와 같은 증가 밀도 포맷을 개발해왔다. 이들은 96웰과 동일한 밑넓이를 갖지만, 웰 밀도 및 웰-투-웰 간격은 다르다. 예를 들면, 일반적인 1536 웰은 검정 단계 당 2 ㎕ 내지 5 ㎕의 시약만을 필요로 한다. 시약의 용적을 다량 절약할 수 있도록 하지만, 1536 웰 플레이트는 재생산 문제에 어려움이 있기 때문에, 극소 용적은 감정 반응에 대한 네트 농도(net concentration)를 변경함으로써 쉽게 증발될 수 있다. 1536 웰 플레이트는 일반적으로 소위 "고속 검색법(high throughput screening)" 접근에서 전용의 로봇 시스템에 의해 다루어진다. 사실, 연구원들이 플레이트 "밀도"(즉, 상기 주어진 면적에서의 웰의 수)를 훨씬 더 확장시키는 혁신적인 실시예가 있고, 이것은 본원에 전체가 참조로서 원용된 공개 특허 출원 WO05028110B1에서 개시되어있으며, 여기서 약 6144 웰의 배열이 생성되어 나노리터 양의 유체 용적을 처리할 수 있다. 또한 이러한 과정은 본원에 전체가 참조로서 원용된 관련 특허 US7407630에 개시된 전용 기기 장치 시스템을 필요로 한다. 연구원들은 마이크로플레이트 설계를 수정하는 데에 많은 에너지를 투자해왔고, 대부분은 SBS/ANSI 안내서에 한정되어 신규 디자인을 개발한다. 이러한 일례는 본원에 전체가 참조로서 원용된 US7033819, US6699665 및 US6864065를 포함하는 특허에 개시되고, 여기서 마이크로 크기의 웰의 2차 배열은 종래의 96 웰 마이크로플레이트의 웰의 바닥에서 생성된다. 이러한 소형 웰이 사용되어 셀을 옭아매고, 이러한 포맷이 가능한 다른 분석들 중 이들의 자동력(motility) 패턴을 연구한다. 웰의 바닥에 선택적으로 결착하고 탈착됨으로써 마이크로플레이트를 처리하는 유동성을 US7371563 및 관련 출원 US6803205에 설명하고, 상기 두 출원은 본원에 전체가 참조로서 포함된다. 출원은 본원에 전체가 참조로서 포함되는 US7138270 및 WO03059518A3은 플레이트당 현저하게 감소된 용적을 가진 96 웰 플레이트의 동일한 밑넓이 및 웰 배치가 사용되는 기술을 개시한다. 또한, 여과 및/또는 추출을 위해 통합되어 충전된 컬럼의 사용에서의 진보 기능성은 본원에 전체가 참조로서 포함된 US7374724에 의해 예로서 증명된다. 또한, 연구원들은 본원에 전체가 참조로서 포함된 US20040247490A1에 개시된 (a) 여과 및 (b) 흐름 검정 적용을 통해 마이크로플레이트의 기초에서 막을 통합한다. 흐름 적용을 통해서, 상기 막 필터의 작은 기공 크기는 상당히 강건한 변위력을 요구하여 상기 막으로부터 유체를 제거한다.

소형화 및 자동화의 다음 단계는 마이크로유체 시스템의 개발이다. 마이크로유체 시스템은 본원에 전체가 참조로서 원용된 US6429025, US6620625 및 US6881312에 개시된 검정법 기본 반응에 이상적으로 적합하다. 분석에 기초한 검정법 이외에, 마이크로유체 시스템은 과학 검정법을 연구하는데 사용되기도 하고 본원에 전체가 참조로서 원용되는, 예를 들면 US20080247907A1 및 WO2007120515A1는 검정법 반응의 운동을 연구하는 방법을 설명한다. 또한, 마이크로유체 시스템은 다른 것들 중 본원에 전체가 참조로서 원용된 US7534331, US7326563 및 US6900021에 설명된 셀 처리 및 셀을 기초로 하는 분석과 같은 적용에 대해서 증명한다. 마이크로유체 시스템의 주요 이점은 고속 및 매우 낮은 반응 용적으로 거대 평행 반응을 수행하는 능력이 있다. 이들의 예는 본원에 전체가 참조로서 원용된 US7143785, US7413712 및 US7476363에 개시된다. 고속 마이크로유체에 대해 특정한 기기 장치 시스템은 본원에 전체가 참조로서 원용된 US20020006359A1, US6495369 및 US20060263241A1에 개시된 바와 같이 광범위하게 연구되고 개발된다. 동시에, 주요 문제점은 마이크로유체 시스템에 대한 워드-투-칩 인터페이스의 문제에서 여전히 완전하게 해결되지 않는다. 연구원들은 상기 문제점에 대해서 특정한 해결책, 본 출원에 따라 본원에 전체가 참조로서 원용된 US6951632에 개시된 일례를 일반적으로 개발해 왔다. 상기 단 하나의 쟁점은 마이크로유체의 광범위한 채택에서의 현저한 병목이었다. 마이크로유체의 광범위한 채택이 가진 다른 문제는 규격화된 플랫폼의 부족이다. 대부분의 마이크로유체 장치는 이미 정해진 적용에 적합한 특정 배치를 가지지만, 유체 주입구(inlet) 및 배출구(outlet)가 다른 위치에 배치되도록 야기한다. 실제로, 통상의 기술자가 일반적으로 수용하는 마이크로유체 장치의 밑넓이 또는 두께는 임의의 공통점을 갖지 않는다.

이러한 서열에서 다음의 논리적 단계는 규격화된 96 웰 배치 또는 384 웰 배치 또는 1536 웰 배치를 가진 마이크로유체 시스템을 자연스럽게 통합하는 것이다. 대부분의 "마이크로유체" 마이크로플레이트는 종래의 마이크로플레이트로서 동일한 밑넓이를 자주 사용하지만, 기능성은 본원에서 전체가 참조로서 원용된 US20060029524A1 및 US7476510에서의 실시예에 의해 셀 분석에 대해서 매우 특정하게 개시된다. 연구원들은 주형으로서 표준 마이크로플레이트 포맷을 광범위하게 사용하여 마이크로유체 장치를 만든다. 이러한 실시예들은 이하의 문헌, 문헌[Witek 및 Park 등, "96-Well Polycarbonate-Based Microfluidic Titer Plate for High-Throughput Purification of DNA and RNA", Anal. Chem., 2008년, 80 (9), pp 3483-3491], 문헌["A titer plate-based polymer microfluidic platform for high throughput nucleic acid purification", Biomedical Microdevices; Volume 10, Number 1 /2008년 2월; 21-33] 및 문헌["A 96-well SPRI reactor in a photo-activated polycarbonate(PPC) microfluidic chip", Micro Electro Mechanical Systems, 2007년. MEMS. IEEE 20번째 International Conference on, 21-25, 2007년 1월, 433-436쪽] 및 문헌[Choi 등, "A 96-well microplate incorporating a replica molded microfluidic network integrated with photonic crystal biosensors for high throughput kinetic; biomolecular interaction analysis," Lab Chip, 2007년, 7, 1-8] 및 문헌[Tolan 등, "Merging Microfluidics with Microtitre Technology for More Efficient Drug Discovery," JALA, Volume 13, Issue 5, Pages 275-279 (2008년 10월)] 및 문헌[Joo 등, "Development of a microplate reader compatible microfluidic device for enzyme assay," Sensors and actuators. B, Chemical; 2005년, vol. 107, no2, pp. 980-985]에 많이 제시되어 있다. 특히, 셀을 기초로 하는 검정법; 마이크로플레이트와 동일한 밑넓이를 가진 마이크로유체 구성은 문헌[Lee 등, "Microfluidic System for Automated Cell-Based Assays", Journal of the Association for Laboratory Automation, Volume 12, Issue 6, 363-367쪽]에 설명되어 있고; CellAsic(http://www.cellasic.com/M2.ht㎖)에 의해 상업적 상품으로서 제공된다. 96(또는 384) 웰 플레이트와 동일한 밑넓이 상에 만들어진 이러한 모든 마이크로유체 장치의 실시예들은 상기 플레이트의 전체 밀도를 이용하지 않는다.

본원에 전체가 참조로서 원용되는 US6742661 및 US20040229378A1에는 마이크로유체 채널 네트워크를 가진 96 웰 설계의 통합의 예가 개시되어 있다. 바람직한 실시예에서 US6742661에 설명된 바와 같이, 웰의 배열은 관통-구멍 포트를 통해서 마이크로유체 회로에 연결된다. 바람직한 실시예에서, 마이크로유체 회로는 H형 또는 T형 보급 장치일 수 있다. 또한, US6742661은 상기 장치 내에서 액체의 이동을 제어하는 수단을 설명한다. 상기 장치는 유체 정역학(hydrostatic) 및 모세관력(capillary force)의 결합을 이용하여 액체를 이동시킨다. US6742661에서 더 상세하게 설명되지만, 모세관력은 (a) 추가적인 웰 층을 쌓음으로써 마이크로플레이트 구조에 과잉의 두께를 추가하거나 (b) 외부 펌프에 의한 구동 압력을 가진 존재하는 유체 정역학력을 공급함으로써 제어될 수 있다. US6742661에는 주로 유체 정역학력(조절되어 상기 방법에 사용됨)을 이용하고, 여기에 다른 주입들 사이의 유제 정역학력의 차이는 마이크로유체 회로에 존재한다. 유체 정역학 압력에서의 차이는 마이크로유체 회로의 다른 주입구에 연결된 웰 내의 액체 컬럼의 높이(또는 깊이) 차이를 야기한다고 예상된다. US6742661에 도시된 장치 컨셉은 96 웰 설계를 가진 다상 층류 확산 인터페이스(LFDI)형 마이크로유체 장치에 작동 용액(innovative solution)을 통합하는 것이다. 그러나, US6742661 오직 개시된 장치의 웰로부터 기원하고 상기 웰에 종료하는 자가-함유 유체 흐름 패턴을 예상한다. 또한, US6742661 설명된 흐름 제어 기술은 "구동 압력"의 광범위한 범주 하에 존재하고 액체 칼럼의 유체 정역학 압력은 흐름 특성을 제어한다. 가장 중요하게는, US6742661은 본 발명에서 예상된 것으로서 단일 채널을 이용하여 액체를 마이크로유체 채널에의 임의의 추가적 연결 또는 상기 마이크로유체 채널로부터의 임의의 추가적 연결이 없는 웰 구조에서 드레인 구조로 이동시키는 것이 예상된다. US6742661은 구체적으로 및 명백하게 상기 나열한 본 발명과 다르다.

본원에 전체가 참조로서 원용되는 US20030049862A1은 표준 96 웰 구성을 가진 마이크로유체를 통합하는 시도의 다른 실시예이다. US20030049862A1에는 종래에 수용된 것과 약간 다른 방식으로 "마이크로유체"가 정의되어 있다는 것을 주목하라. US20030049862A1에 정의된 바와 같이 "유체 기판 또는 플레이트 자체 내에 유체 채널을 배치하는 현재 기술과 달리, 본 발명은 각각의 유체 모듈 내에 유체 채널을 위치시킨다." 이것은 적절한 크기의 실린더를 마이크로플레이트의 매칭 실린더형 웰에 명목상으로 삽입함으로써 달성된다. "마이크로채널"은 상기 삽입된 실린더의 상부 면과 상기 웰의 하부 면 사이의 일정한 차이를 보장하는 것으로 정의된다. 또한, US20030049862A1에 개시된 장치의 구성은 생래적으로 마이크로펌프의 사용과 같은 자동화 수단 또는 피펫의 사용과 같은 수동 수단과 같은 외부 흐름 제어에 의지한다. 본 발명에 개시된 구조 및 장치는 임의의 외부 흐름 제어를 필요로 하지 않는 구성을 통하는 단순한 흐름이다.

또한, 본원에 전체가 참조로서 원용되는 US20030224531A1은 정전 분무법 적용에 대해서 웰 구조(96 웰 플레이트, 384 웰 플레이트, 1536 웰 플레이트를 가진 구조를 포함)에 마이크로유체를 결합시키는 실시예를 개시한다. US20030224531A1는 얕은(마이크론 또는 서브마이크론 직영의 깊이) 공정 존의 다른 배열에 결합된 시약 웰의 배열을 이용하고, 상기 공정 존의 한쪽 말단은 시약 웰에 연결되고 다른 한쪽 말단은 정전 분무 방출기의 팁에 연결된다. 유동 이동력(US20030224531A1에 정의된 원동력)은 유동 컬럼을 지나는 전기 포텐셜 또는 상기 유동 컬럼을 지나는 변화되는 압력에 의해 바람직하게 제공되며, 이는 본 발명에서 현저한 차이가 있고, 상기 유체는 전적으로 모세관력에 의해 이동한다. 상기 공정 존에의 연결은 주입 및 배출 마이크로채널을 통할 수 있고, 상기 마이크로채널은 구성되어 추가적인 기능성(라벨링 또는 정제)을 제공한다. US20030224531A1과 본 발명 간의 주요 차이점은 US20030224531A1은 최종 분석을 위해 질량 분석기로 샘플 처리법으로서 필수적인 구조(웰+마이크로유체)를 이용한다. 바람직한 실시예에서, 본 발명은 로딩웰로서의 기판의 반대면 상의 동일한 위치에서 마이크로채널 기하학적 구조의 실질적인 사용을 설명하고, 또한 상기 마이크로채널은 반응 챔버를 형성하여 상기 로딩웰 내에서 발생하는 반응을 신속하게 처리하고, 상기 반응 신호는 종래의 96 웰 플레이트를 통합할 수 있는 판독기에 의한 광학 수단에 의해서만 통합된다.

본원에 전체가 참조로서 원용되는 WO03089137A1은 96 웰 플레이트의 처리량(throughput)을 증가시키는 다른 혁신적인 방법을 개시한다. 본 발명에서, 상기 배열은 금속 산화물 기판, 바람직하게는 알루미늄 산화물 기판 내의 나노미터 크기인 채널 내에서 수행된다. WO03089137A1에 개시된 바에 의하면, 각각의 웰은 상기 하부에 결착된 금속 산화물막 기판을 가진다. 작동 중에, 각각의 웰은 밀봉되고, 진공(또는 압력)은 일반적인 공급원(source)으로부터 적용되어 웰 내의 액체가 기판의 하부 쪽으로(하부에서 먼 쪽으로) 끌리도록 힘을 가한다. 배열 성능에의 현저한 개선은 상기 막의 초소형 개방구를 통해 앞 뒤로 배열 시약을 이동시킴으로써 본 방법을 달성할 수 있다. 본 발명은 WO03089137A1에 설명되고, 이것은 진공 및/또는 압력원에 의지하여 금속 산화물 기판 내에서 액체의 이동을 조절하고 정확한 압력 제어 장비를 요구하여 최고 성능을 달성한다.

본 발명은 본원에 전체가 참조로서 포함되는 US20090123336A1에 유사하게 개시된다. US20090123336A1은 일련의 웰에 연결된 마이크로채널의 배열의 사용을 개시하고, 상기 웰은 384 웰 플레이트의 포맷 내에 있다. US20090123336A1에 설명된 바와 같이, 로딩웰은 다중의 검출 챔버에 대한 일반적인 주입구로서의 역할을 하고, 그것의 각각은 384 웰 플레이트 상의 "웰"의 위치 내에 배치된다. 또한, 본 발명에서 개시된 것과는 다른 사용 방법이 실시예에 나타나있다. 더 중요하게, US20090123336A1는 마이크로유체를 고밀도 마이크로유체 채널 네트워크에 중앙연결하는 시도 때문에 단일 로딩 지점에 연결되는 다중 검출 챔버의 사용을 제한하고, 이는 불가능한 것은 아니지만 극도로 어렵다. 이것은 발명 US20090123336A1를 사용하는 방법에 제한을 주고, 전문화된 처리 단계를 요구하여 일련으로 연결된 챔버 각각에 독특한 배열을 수행한다. 특히, US20090123336A1에 개시된 것으로서, 일련으로 연결된 챔버에 독특한 배열을 수행하는 유일한 방법은 채널 표면을 밀봉하기 전에 포획 항체를 상기 채널 표면의 위로 적층하는 것이다. 상기 단계 그 자체는 복잡한 제공 시스템에 정확하게 규정된 위치에 바람직한 액체 용적을 정밀하게 운반하도록하고, 그렇게 함으로써 상기 시스템의 전체적인 비용을 증가시킨다. 다른 실시예에서, 일반 용액은 상기 액체 용액에 채널 경로의 한쪽 말단을 담가서 일련으로 연결된 채널의 배열에 빨려들어간다. 또한, 본 발명은 "일반적인 로딩 채널이 존재하 는 경우, 시약은 모세관력 또는 압력의 차이에 의해 모든 채널로 동시에 로딩될 수 있다..."는 것을 주장한다. 비록 이론적으로는 정확하지만, 마이크로유체에 통상의 기술자는 단일 공급원을 통해서 다중 가지형 채널로의 흐름을 제어하는 것은 사실상 불가능하다는 것을 잘 알고 있다. 바람직하게 더 높은 흐름 속도는 상기 다수의 채널을 지나도록 수행된 다양한 검정법이 적용되는 하나 이상의 가지형 채널에서 항상 존재할 것이다.

본원에 진술되어 본 발명의 개시로부터 분명한 것으로서, 상기 통상의 기술자 모두는 본 발명에서 또는 하기 나열한 많은 측면에서 차이가 난다.

1. 모든 이전의 개시는 일부의 펌핑을 이용하여 웰 쪽으로 및 웰로부터 액체를 이동시킨다.

2. 대부분의 이전의 개시는 종래의 마이크로플레이트의 밑넓이 및 잘-위치된 배치만을 이용하여 동일한 마이크로유체 장치의 다중 복사본을 포함한다. 또한, 대부분의 마이크로유체 장치는 다중 주입구 및/또는 배출구를 갖는다.

3. 대부분의 이전의 대시는 샘플 주입 또는 유출을 위해 상기와 동일한 복잡한 마이크로유체 월드-투-칩 접점 기술을 필요로 한다.

4. 대부분의 이전의 개시는 상기 제공된 마이크로유체 구성을 위해 특별히 조절된 유체 처리에 대한 주문되어 맞춰진 기기 장치 시스템을 필요로 한다.

현장검사(Point Of Care Test) 적용에 대해서, 상기 설명한 것과 같은 적용을 위한 확장된 활동 범위를 가로질러 검출할 수 있는 면역 검정법을 기초로 하는 시험적 접근을 이용하는 것이 흔히 바람직하다. POC에 있는 시험에 대한 대부분의 일반적인 기술은 소위 "측방 유동 검정법(Lateral Flow Assay)" 기술이라고 하는 기술을 이용한다. LFA 기술의 예를 본원에 전체가 참조로서 모두 포함되는 US20060051237A1, US7491551, WO2008122796A1 , US5710005에 설명되어 있다. 또한, LFA에 대한 특별히 혁신적인 기술은 본원에 전체가 참조로서 포함되는 WO2008049083A2에 설명되어 있고, 이는 기판으로서 일반적으로 이용가능한 종이를 채용하고, 상기 흐름 경로는 비-투과성(수용성) 경계를 사진 석판술 패턴에 의해 규정된다. LFA 기술에의 진보는 본원에 전체가 참조로서 포함되는 US20060292700A1과 같은 개시에 개시되어 있고, 상기 확산 패드는 검정법의 수행에 개선점을 제공함으로써 상기 컨쥬게이션의 균일성을 개선하도록 사용된다. 본원에 전체가 참조로서 포함된 WO9113998A1, WO03004160A1, US20060137434A1는 소위 "마이크로유체"라고 하는 기술을 이용하여 더욱 진보된 LFA 장치를 개발한다. 마이크로유체 LFA 장치는 마이크로채널 또는 마이크로채널 + 정밀한 내흐름성 패턴의 제작에 정밀성으로 인해 LFA 장치를 기초로 하는 막(또는 다공성 패드) 보다 추정상으로 더 나은 반복성을 주장한다. 일부 경우에 있어서, 본원에 전체가 참조로서 포함된 US20070042427A1에서 공개된 것과 같은 장치는 마이크로유체 및 LFA 기술 모두에 일반적으로 사용된 기술을 결합하고, US20070042427A1에 개시된 것과 같고, 흐름은 벨로우 타입 펌프에 의해 개시되고 이후에 흡수 패드에 의해 유지된다.

따라서, 본 발명은 상기 설명한 이전의 기술의 결점을 다루고, 마이크로플레이트 플랫폼의 규격화된 플랫폼으로 마이크로유체 기술의 이점을 통합하는 쉽고 신뢰할만한 구성을 개발하는 것을 추구한다. 또한, 본 발명의 기술은 본 발명을 이용하여 구성된 "마이크로유체 마이크로플레이트"가 종래의 마이크로플레이트의 크기와 유사하게 설계된 모든 기기 장치와 호환성이 있다는 점에서 독특하다.

본 발명의 목적은 마이크로유체 검정 플랫폼을 제공하는 것이다.

본 발명은 개선된 "마이크로유체 마이크로플레이트"에 대한 것이고, 여기서 마이크로유체 채널은 종래의 마이크로플레이트의 웰 구조를 갖도록 통합된다. 전반적인 마이크로플레이트의 크기 및 웰의 배치는 SBS/ANSI 표준에 의해 설명된 96 웰 형태 또는 384 웰 형태 또는 1536 웰 형태에 필적한다. 상기 마이크로유체 마이크로플레이트는 기판의 한 면 상에서 규정된 웰의 배열로 이루어진다. 각각의 웰은 상기 웰의 바닥에서 적합하게 설계된 관통 구멍을 통해서 기판에 마주하는 면 상의 마이크로유체 채널에 연결된다. 반대로, 상기 마이크로유체 채널은 마이크로채널의 한쪽 말단(배출구)에 개방구를 갖는 추가적인 밀봉층에 의해 밀봉된다. 또한, 상기 밀봉층은 흡수 패드와 접촉한다.

액체가 상기 웰에 유입되는 경우, 액체는 모세관력에 의해 마이크로채널로 이끌어진다. 상기 액체는 흡수 패드에 도달할 때까지 마이크로채널을 따라 이동한다. 상기 흡수 패드는 마이크로채널보다 더 강한 모세관력을 가하고, 상기 채널 밖으로 액체를 이끈다. 바람직하게는, 액체가 웰을 빠져 나오고 흡수 패드 안으로 흐르며; 액체의 후미가 웰과 마이트로채널 사이의 접점에서 “접촉”하는 것이 보장될 수 있다. 본 단계에서, 상기 웰에는 액체가 완전하게 비어있는 반면에, 상기 채널에는 여전히 액체로 채워져 있다. 제 2 액체가 웰에 추가되는 경우, 제 1 액체를 유지하고 있는 모세혈관 장벽은 무너지고 상기 패드의 모세관 현상은 재시작되고, 또한 제 2 액체는 채널을 통해 상기 패드 안으로 이끌어진다. 이러한 서열은 수회 반복되어 면역 검정 서열을 완전하게 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 장치는 마이크로플레이트 플랫폼 상의 마이크로유체 면역 검정 서열을 허용한다. 또한, 플레이트를 이용하는 방법은 종래의 마이크로플레이트와 동일하고, 본 발명의 장치는 종래의 마이크로플레이트를 위해서 개발된 적절한 자동화 장비와 호환될 수도 있다. 본 발명의 장치의 다른 실시예는 셀을 기초로 하는 분석과 같은 적용 분야에 사용될 수 있다.

1. μf96 (또는 Optimiser™) 플레이트는 저명한 96 웰 플랫폼을 갖는 마이크로유체 접근법의 다기능성 및 속도를 갖춘다.

2. 사용자가 사용하는 한; 작동 방식은 기존의 96 웰 플레이트와 정확히 동일하며 감소된 단계 수를 가진다.

3. μf96 (또는 Optimiser™) 플레이트는 시약 소비 및/또는 샘플 요구량을 어쩌면 현저히 감소시킬 수 있다. 상대적으로 많이 풍부한 샘플에 대하여; 0.4 μl로 까지 작은 샘플 용적은 (50 ㎛ 나선형 채널 구성에 있어서) 충분할 수 있다. 또한, 적은 양의 시약을 사용하는 경우에 중요하며 - 예를 들어 면역 검정법 응용에서 중요하다.

4. μf96 (또는 Optimiser™) 플레이트는 면역 검정법과 같은 응용에서 기존의 96 웰 플레이트보다 현저히 빠를 수 있다. 96 검정의 풀 세트는 일반적인 96 웰 플레이트 상에서 몇 시간이 걸리는 반면에 5분 내지 30분에 어쩌면 완료될 수 있다.

5. μf96 (또는 Optimiser™) 플레이트의 비용은 기존의 플레이트와 견줄 수 있으며, 이는 μf96 플레이트가 단일 사출성형으로 작동하기 때문이다. 약간의 비용이 추가되는데, 이는 (a) 한쪽 면이 마이크로 크기로 제작된 마스터 몰드(master mold)이고; (b) 패드층는 적은 시약 소비량 및 빠른 분석 시간에 의해 상당부분 상쇄될 것이기 때문이다.

6. 기본적인 접근법은 극히 다기능성이어서 그 자체로 연구실 세팅 응용 뿐만 아니라 현장검사 장치를 위한 응용과 같은 광범위한 응용에 제공한다.

7. 흐름이 기하학 및 물질 효과에 의해서만 지배되기 때문에, 감소된 작동 에러를 보이며, 이는 재현가능한 결과를 가져올 것이다.

8. 96 웰 플레이트와 같이, μf96 (또는 Optimiser™) 플레이트의 작동도 완전 자동화될 수 있다. 말하자면, μf96 (또는 Optimiser™)는 플레이트 조작 및 자동화된 시약 투여 시스템만을 필요로 한다. 96 웰 플레이트와 비교하면, (i) 플레이트 조작 시스템, (ii) 자동화된 시약 투여 시스템; (iii) 배양 시스템(긴 배양 시간 때문); 및 (iv) 플레이트 세척 시스템을 요구하며; 이는 완전 자동화에 있어서 기기의 부담이 훨씬 적어진다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예의 상면도를 도시하고, 여기서 96 웰의 배열은 관통 구멍을 통해 각각의 96 마이크로채널로 연결된다.
도 2는 웰 구조, 마이크로채널 구조, 밀봉층 및 흡수 패드의 상대적인 위치를 나타내는 본 발명에 따른 실시예의 측면도의 일부를 도시한다.
도 3은 마이크로유체 마이크로플레이트 및 관련된 홀더를 구성하는 부분의 상세 사항과 함께 본 발명의 3-차원 도면을 도시한다.
도 4a는 특정 규칙에 따라 웰과 마이크로채널을 연결하는 관통 구멍을 갖는 본 발명에 따른 실시예를 도시한다.
도 4b는 웰과 마이크로채널을 연결하는 관통 구멍이 테이퍼형 부분을 함유하는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한다.
도 5는 웰의 하부에 관통 구멍에 연결되는 본 발명의 장치에서 다른 마이크로채널 부분을 도시한다.
도 6은 공기 배출(air-vent)구가 흐름 경로에 포함된 본 발명의 양태를 도시한다.
도 7은 채널 구성의 다른 실시예를 도시한다.
도 8은 채널 구성의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 9는 채널 설계의 또 다른 실시예와 이의 흐름 속도 및 증발속도에 미치는 효과를 도시한다.
도 10은 민감도를 증가시키는 폴리머를 이용하는 실시예를 도시한다.
도 11은 마이크로유체 마이크로플레이트 내에서 셀을 조작하기에 적합한 실시예를 도시한다.
도 12는 채널 구성에 따른 다른 구성의 실시예를 도시한다.
도 13은 유일한 흡수 패드가 각각의 마이크로채널에 연결된 실시예를 도시한다.
도 14a 및 도 14b는 흡수 패드를 압축하는 효과를 제시하는 장치의 단면도를 제시한다. 도 14c는 돌출 구조의 사용에 의해 흡수 패드 및 마이크로유체 채널 사이에서 믿을만한 접촉을 보장하기 위한 대안적인 실시예를 도시한다.
도 15는 흡수 패드 배치에 대한 대안적 실시예를 도시하며, 여기서 흡수 패드는 마이크로채널의 열 또는 컬럼에 공통된다.
도 16은 흡수 패드 배치에 대한 대안적 실시예를 도시하며, 여기서 흡수 패드는 마이크로채널의 열 또는 컬럼에 공통되며, 또한 흡수패드는 마이크로채널이 있는 기판의 마주하는 면 상에 존재한다.
도 17은 마이크로채널의 추가적인 부분이 모세관 펌프 및 폐기물 저장소로 사용되어 흡수 패드를 대체하는 실시예를 도시한다.
도 18은 마이크로유체 삽입 플레이트가 단일 연속 기판 대신에 사용되는 장치의 대안적인 실시예를 도시한다.
도 19는 마이크로유체 삽입 플레이트가 단일 연속 기판 대신에 사용되고 추가적인 층이 사용되어 검출 동안에 광학 혼선(cross-talk)을 최소화하는 장치의 대안적인 실시예를 도시한다.
도 20은 다중 마이크로유체 삽입 플레이트가 사용되는 것을 제외하고는 도 18에서의 장치와 유사한 실시예를 도시한다.
도 21a는 다중 마이크로유체 반응 챔버가 공동의 로딩웰에 일련으로 연결되는 본 발명의 실시예를 도시한다. 도 21b는 로딩웰 및 마이크로유체 반응 챔버가 동일한 수직 가시선 상에 있지 않은 실시예를 도시한다. 도 21c 및 도 21d는 다중 로딩웰이 "반-자동" 마이크로유체 마이크로플레이트에 대한 단일 마이크로유체 반응 챔버에 연결되는 실시예를 도시한다.
도 22는 오랜 시간 동안 낮은 흐름 속도에 특히 적합한 웰에 대한 실시예를 도시한다.
도 23은 화학 발광을 기초로 하는 검출에 대한 실시예를 도시한다.
도 24는 완전 수동 현장 검사(point of care) 검정 시험에 적합한 본 발명의 실시예를 도시한다.
도 25는 마이크로유체 마이크로플레이트의 사진을 도시한다.
도 25는 마이크로유체 마이크로플레이트의 다른 실시예의 사진을 도시한다.
도 27은 종래의 마이크로플레이트에 대해 상기 마이크로유체 마이크로플레이트를 비교한 화학 형광 시험 결과를 도시한다.
도 28은 종래의 마이크로플레이트에 대해 상기 마이크로유체 마이크로플레이트를 비교한 화학발광 시험 결과를 도시한다.

본원의 바람직한 실시예에서 본원에 설명하고 본 발명의 필수적인 신규성에서 벗어나지 않는 수정 또는 변형이 만들어질 수 있는지는 통상의 기술자에 의해 인식될 수 있다. 상기 모든 수정 또는 변형은 본원 및 본 발명의 범위 내에 포함된다.

본원에 참조된 바와 같이, μF 96 또는 μF 96 또는 Optimiser™은 96 웰 마이크로유체 마이크로플레이트를 말하고, 여기서 각각의 웰은 하나 이상의 마이크로유체 채널에 연결된다. 명백하게 설명되지 않은 경우, 마이크로유체 마이크로플레이트는 3개의 기능층, 즉 기판층(웰, 관통구멍 및 마이크로채널을 포함), 밀봉 테이프층 및 흡수 패드층으로 이루어진 것으로 가정될 수 있고, 여기서 "96"은 96 웰 배치를 말하고, 유사하게 μF 384는 384 웰 배치 등을 말한다. 또한, 상기 용어 Optimiser™은 본 발명을 설명하기 위해 사용되고, 유사하게 Optimiser™-96은 96 웰 배치를 말할 수 있고, Optimiser™-384은 384 웰 배치 등을 말할 수 있다. 또한, "마이크로채널" 및 "마이크로유체 채널" 및 "채널" 모두는 다른 언급이 없는 이상 동일한 유체 구조를 말한다. 상기 용어 "접점 구멍" 또는 "관통 구멍" 또는 "통과 구멍(via hole)" 모두는 다른 언급이 없는 이상 웰 구조를 마이크로채널 구조에 연결하는 동일한 구조를 말한다. 상기 용어 "셀"은 마이크로유체 마이크로플레이트의 기능적 단위를 설명하기 위해서 사용되고, 여기서 상기 마이크로유체 마이크로플레이트는 다중의 "셀"을 필수적으로 동등하게 함유하는 전체 마이크로플레이트를 포함한다.

본 발명은 본원에 첨부된 도면을 시험함으로써 순조롭게 이해될 수 있다. 기본 개념은 도 1, 도 2 및 도 3을 확인함으로써 이해될 수 있다. 도 1은 마이크로유체 96 웰 플레이트 또는 마이크로유체 마이크로플레이트의 그림의 상부를 도시한다. 상기 플레이트는 종래의 마이크로플레이트(채택된 ANSI 표준으로 규정됨)의 크기와 일치한다. 또한 상기 웰의 위치는 ANSI 표준과 일치한다. 각각의 웰은 기판에 마주하는 면 상의 마이크로채널에 연결된다. 도 1에 제시된 실시예에서, 웰 마이크로채널은 동일한 기판층 상에서 제작된다. 본 발명의 주목할만한 특징은 도 1에서 이해될 수 있고, 여기서 로딩 위치(액체 시약을 추가함) 및 검출 영역은 동일한 수직 평면에서 존재하고, 종래의 마이크로플레이트와 정확하게 일치한다.

도 2는 96의 1 유닛을 분해 조립도로 도시하는 마이크로플레이트의 단면도의 일부분을 도시한다. 도 3a는 마이크로플레이트, 밀봉층 및 흡수 패드의 분해도를 3차원도로 도시한다. 도 3b는 마이크로플레이트, 밀봉층, 흡수 패드 및 홀더의 분해도를 3차원도로 도시한다. 각각의 웰은 상기 기판에 마주하는 면 상에서 마이크로채널에 연결된다. 마이크로채널은 상기 마이크로채널의 다른 쪽 말단(웰의 하부에서 구멍을 통해 연결되는 말단과 비교하여)에서 개방구를 갖는 밀봉층에 의해 밀봉된다. 밀봉층의 개방구는 흡수 패드의 다른 쪽 면에 연결된다. 바람직한 실시예에서, 흡수 패드의 배열이 이용되어 상기 흡수 패드는 로딩 웰 및 채널과 수직 가시선에 존재하지 않는다. 대안적으로, 도 3에 제시한 바와 같이 흡수 패드는 모든 96 마이크로채널 배출구에 연결되는 단일 연속 조각일 수 있다. 액체가 웰에 유입되는 경우, 이것은 모세관력에 의해 마이크로채널로 이끌어질 수 있고, 액체는 상기 테이프의 개방구에 도달할 때까지 상기 마이크로채널을 따라 이동한다. 그것에 대해, 액체의 앞쪽은 강한 모세관력을 가하고 웰이 비워질 때까지 액체를 이끄는 흡수 패드에 접촉된다. 바람직한 실시예에 있어서, 관통 구멍, 마이크로유체 구조 및 흡수 패드는, 액체가 상기 액체 컬럼의 웰 후미에 존재하기 때문에 구멍을 통과하여 마이크로채널 사이의 접점을 지나칠 수 없도록 설계된다. 결과적으로, 웰은 이것의 액체 함유량을 완전하게 비우고, 상기 액체는 흡수 패드에 의해 부분적으로 흡수되지만, 액체의 일부분은 여전히 마이크로유체 채널을 완전하게 채운다. 이러한 구성은 면역 검정을 기초로 하는 분석에 대한 배양 단계로서 사용될 수 있다.

제 2 액체를 웰에 첨가하는 경우, 제 2 액체는 관통 구멍 및 마이크로채널의 접점에서 제 1 액체의 후미와 접촉되게 만든다. 상기 단계에서, 마이크로채널 및 관통 구멍을 통해 웰로 연장되는 흡수 패드로부터 연속적인 액체 컬럼이 거듭하여 존재한다. 웰을 채우는 액체 컬럼의 하부 표면 장력은 흐름이 다시 시작되게 할 것이고, 제 1 액체는 상기 채널의 밖으로 완전하게 이끌어지고, 제 2 액체로 대체될 것이다. 또한, 제 2 액체는 흐름이 다시 멈추게 되는 관통 구멍 및 마이크로채널 사이의 접점에 제 2 액체의 후미가 도달할 때까지 채널의 밖으로 이끌어질 것이다. 이러한 서열은 면역 검정을 위해 요구되는 모든 단계가 완료될 때까지 지속된다. 또한, 본 발명의 특별하게 유리한 양태를 설명한다(즉, 작동 서열은 액체 첨가 단계만을 수반한다는 사실이다). 웰로부터 액체를 제거할 필요가 없는데, 이는 액체가 자동적으로 빠져나가기 때문이다. 이는 작동에 요구되는 단계의 수를 현저하게 감소시키고, 마이크로유체 마이크로플레이트의 작동을 단순화한다. 또한, 상기에 설명한 바와 같이, 바람직한 실시예에서 흡수 패드는 패드가 반응 챔버와 동일한 수직 가시선에 있지 않도록 배치된다. 이러한 계획으로, 상기 패드는 마이크로유체 마이크로플레이트에 통합될 수 있고, 만약 소망하는 경우에 상기 패드는 제거 가능한 성분으로 설계되어 최종 액체 로딩 단계 다음에 폐기될 수 있고, 이러한 경우는 예를 들어 도 3에의 실시예로 도시된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 웰, 관통 구멍 및 마이크로채널을 함유하는 기판은 투과성이다. 이는 마이크로플레이트의 상부뿐만 아니라 하부로부터 마이크로채널의 신호 및 통상의 기술자가 사용하는 광범위한 마이크로플레이트 판독기에서 공통되는 특징을 광학 모니터링 하도록 허용한다. 다른 실시예에 있어서, 기판은 불투명 물질이어서, 상기 마이크로채널로부터의 광학 신호는 채널을 함유하는 면으로부터만 판독할 수 있다. 예를 들면, 도 2에 제시된 실시예에서 상기 기판이 불투명 물질인 경우, 상기 신호는 "하부"로부터만 판독할 수 있다. 이하에 설명된 바와 같이, 다른 방법은 삽입층을 회전하여 불투명 기판 물질로 상부-판독(top reading)을 가능하게 한다.

마이크로유체 마이크로플레이트는 종래의 사출 성형 공정에 의해 제작될 수 있고, 사출 성형에 적합하고 일반적으로 이용되는 모든 열가소성 수지는 마이크로유체 마이크로플레이트에 대한 기판 물질로서 사용될 수 있다. 일부 바람직한 실시예에서, 상기 마이크로유체 마이크로플레이트는 마이크로플레이트에 적합한 물질로서 통상의 기술자에게 잘 알려져 있는 폴리스티렌 물질로 만들어진다. 다른 바람직한 실시예에서, 마이크로유체 마이크로플레이트는 형광 또는 흡광 기반 검출 적용에서 낮은 자동-형광발광 및 결과적으로 낮은 백그라운드 잡음을 보이는 것으로 통상의 기술자에게 알려진 환형 올레핀 코폴리머(COC) 또는 환형 올레핀 폴리머(COP)로 만들어진다.

본 발명을 이용하는 샌드위치 면역 검정법에 대한 예시적인 검정 서열을 하기에 나타낸다. 당해 분야에 잘 알려진 기술을 사용함으로써, 광범위한 이러한 검정은 본 발명을 따른 마이크로유체 마이크로플레이트 상에서 수행될 수 있다. 본 설명으로 쉽게 증명될 수 있는 것으로서, 시약 첨가 단계 모두는 설계된 자동화 시스템으로 수행되어 요구되지 않는 임의의 변화 없이 현재의 마이크로플레이트 플랫폼을 위해 액체를 처리한다.

작동

1. 흐름 서열을 진행하기 위해서, 제 1 액체를 웰로 피페팅(pipetting)한다.

2. 상기 웰에 로딩된 액체의 용적은 채널의 중앙 용적보다 적어도 약간 커야한다.

3. 액체는 마이크로유체 채널로 이끌어질 것이고, 모세관력으로 인해 이동을 지속할 것이다.

4. 액체는 채널이 배출구에 도달하여 흡수 패드에 도달할 때까지 채널을 통하여 웰로부터 흐를 것이다.

5. 이어서, 웰 내의 모든 액체가 채널 안으로 그리고 이어서 패드 안으로 비워질 때까지, 액체는 지속해서 흡수 패드로 이끌어 질 것이다. 상기 액체 컬럼의 후미가 웰 및 채널의 바닥에서 관통 구멍 사이의 접점에 도달하는 경우, 액체 흐름은 멈출 것이다.

6. 이러한 구성의 흐름 속도는 (a) 액체 유형; (b) 웰, 채널 및 접점 포트(즉, 관통 구멍)의 기하학 구조; (c) μf96(또는 Optimiser™) 마이크로플레이트의 물질 특성; 특히, 표면 특성; 및 (d) 상기 패드의 흡수 특징에 의해 완전하게 제어된다.

a. 흐름 속도는 임의의 하나의 파라미터를 변경하여 조절될 수 있다.

b. 초기의 "충전" 흐름 속도는 패드와 독립적으로 채널 특성에만 기초로 한다.

c. 이어서, 채널은 고정된 저항(액체가 비워지는 경우 맨 끝을 제외함)으로서의 역할을 하고, 패드는 진공원(vacuum source)(또는 모세관 흡입)으로서 역할을 한다.

d. 필요에 따라서, 상기 검정 단계는 검정 반응에 최소한의 흐름 속도 변화 효과를 보장하도록 고정식 배양 하에서 있을 수 있다.

7. 그 후에, 제 2 액체는 첨가될 수 있고 동일한 순서가 반복될 수 있다.

a. 대안적으로, 웰에서 제 1 액체가 비워지자마자 제 2 액체가 로딩될 수 있다.

8. 첨가되는 최종 액체가 상기 시스템을 통과한 후에, 소망에 따라서는 흡수 패드(들)는 제거될 수 있다. 추가적인 모세관력의 부족은 액체 이동의 중단을 보장할 것이다.

9. 플레이트는 웰의 상부 또는 웰의 하부면으로부터 판독될 수 있고, 또는 웰 구조가 광학 신호를 방해하는 경우, μf96(또는 Optimiser™)은 뒤로 젖혀질 수 있고 채널면으로부터 판독될 수 있다. 만약, 후자의 경우, 플레이트 구성은 상기 플레이트는 SBS/ANSI 96 웰 플레이트에 대한 표준 홀더에 여전히 맞도록 변형되어야 할 것이다.

결과 검정

1. 포획 항체를 추가하고 흘려보낸다-포획 항체는 비특이적으로 채널 표면상에서 흡수할 것이다. 포획 항체 용액의 반복된 주입은 표면 상의 농도를 점차적으로 증가시킬 수 있다.

2. 포획 항체 용액이 웰을 통해서 완전하게 흡입될 때까지 대기한다. 포획 항체 용액으로 마이크로채널을 완전 충전한다. 포획 항체를 배양하여 채널 표면에 컨쥬게이션 시킨다.

3. 차단(blocking) 버퍼를 첨가하고 흘려보낸다. 차단 배지가 잔류 채널 표면에 컨쥬게이트 되도록 배양한다.

4. 샘플을 첨가하여 흘려보내며, 표적 분석물이 포획 항체에 연결되도록 배양한다.

a. 선택적으로, 샘플의 반복된 주입은 검출 민감도를 증가시킬 수 있다.

5. (선택적) 재차 세척한다.

6. 라벨링된 검출 항체를 첨가하여 흘려보낸다. 검출 항체가 포획된 표적 분석물에 컨쥬게이트 되도록 배양한다.

7. 버퍼를 쏟아낸다.

8. 형광을 기초로 하는 검정법에 대해서, 플레이트는 지금 판독기로 이동될 수 있다.

9. 발광 검정법에 대해서, 채널을 충전하고 채널을 배양하도록 하는 기질을 첨가한다.

10. 발광 검정법에 대해서, 상기 플레이트는 지금 판독기로 이동될 수 있다.

도 2에 도시된 웰 구조는 직선(실린더형) 구획 및 테이퍼(원뿔형) 구획으로 이루어져있다. 상기 테이퍼는 실린더형 웰 구조의 바닥에서 작은 관통 구멍을 갖는 것과 대조적으로 웰 함유물을 세척하여 완전히 제거할 수 있도록 한다. 다수의 구성으로 쉽게 생각할 수 있는 바와 같이, 구성은 이러한 기초 구성 계획을 가능하게 하되, 즉, 관통 구멍이 웰의 중앙에 있지 않은 경우 한 면을 상쇄하고; 또는 마이크로채널 패턴이 다른 구성이거나; 흡수 패드가 다른 위치에 배치되고; 또는 플레이트 전체 두께(SBS/ANSI 표준에 의해 14.35 ㎜로 설정함)에 대한 웰 구조 및 마이크로채널의 상대적 깊이 및/또는 위치는 변화한다. 실제로, 매우 바람직한 표준 Optimiser™ 마이크로유체 마이크로플레이트는 특정한 실시예에서 ANSI/SBS 스펙에서 인증되지 않은 크기로 만들어질 수도 있다. 이들의 일부는 이러한 구성 개념으로 실시예로서 설명되는 것이 가능하다. 본원에 설명된 실시예는 본 발명이 유연성이 있다는 것을 설명하고, 어떠한 방식으로도 본 발명을 제한하는 것은 아니다.

바람직한 일 실시예를 도 3의 3-차원(3D)도로 도시한다. 삽입된 도 3에 제시된 바에 따르면, 웰은 상부에서 "직선" 구획을 갖지 않고 테이퍼 구획만을 갖는다. 이것은 상기 웰의 수직벽으로부터 테이퍼 벽까지의 이동 지점에 임의의 잔여물에 대한 잠재성을 감소시킨다. 또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 웰은 상기 기판이 웰을 완전하게 둘러싸도록 하거나 또는 둘러싸는 기판이 "립" 구조의 형태로 생성될 수 있도록 구성될 수 있다. 후자는 파트에 대해 요구된 폴리머 물질의 양을 감소시킴으로써 비용을 줄인다. 이러한 구성의 물질의 적은 양은 몰딩 공정 도중에 덜 수축될 수 있기 때문에 "립" 구조의 이용은 사출 성형 작동으로 상기 파트를 더 잘 처리하게 하고, 이는 상기 수축이 웰, 관통 구멍 및 마이크로채널 패턴의 왜곡을 야기할 수 있기 때문에 유리하다.

본 발명의 바람직한 일 양태는 도 4a에 제시된다. 바람직하게, 도 4a에 제시된 바에 따르면, 구멍(w)의 폭는 상기 구멍의 깊이(d)보다 크거나 적어도 동일하여야 한다. 액체가 웰 안으로 유입되는 경우 액체의 앞쪽 메니스커스(meniscus)는 상기 밀봉 테이프의 표면에 "담기거나" 닿을 수 있다. 또한, 메니스커스는 구멍(참조 도면의 왼쪽편)의 일 부분에 연결된 마이크로채널의 4개의 "벽" 모두에 닿는다. 이어서, 모세관력은 웰에서 액체를 이끌어서 마이크로채널을 충전할 것이다. 액체가 마이크로채널의 하나 이상의 벽에서 마이크로채널을 충전하는 것을 보장하기 위해서, 상기 액체는 친수성이어야 한다. 바람직한 실시예에서, 밀봉층은 적합한 접착막(adhesive film)이고, 여기서 접착제는 소수성으로 존재한다. 액체가 웰에 로딩되고, 앞쪽 메니스커스가 밀봉 테이프에 닿는 경우에, 액체는 상기 테이프 상에 "도포"될 것이고 마이크로채널 구획에 닿고 이어서 채널로 지속하여 이끌어질 것을 보장한다. 더 바람직한 실시예에서, 상기 밀봉층은 웰 및 채널 구조를 제작하는데 사용되는 것과 유사한 다른 플라스틱 일 수 있고, 상기 웰 및 채널 구조는 예를 들면, 열결합, 부착막 지원 결합(assisted bonding), 레이저 또는 초음파 결합과 같은 통상의 기술자가 잘 알고 있는 기술을 이용하여 조립된다. 대안적 실시예에서, 채널은 채널을 통해 제 1 액체를 가하여 "미리 준비"될 수 있다. 이것은 피펫 팁 또는 접점 구멍에 마주하는 다른 적합한 액체 처리 도구를 위치시킴으로써 쉽게 달성될 수 있고, 이는 적정한 밀봉을 생성한다. 이어서, 액체 주입은 채널 내로 액체의 일부가 주입되게 할 것이고, 모세관력은 상기 액체가 지속해서 채널을 충전하도록 보장할 것이다. 이에 더하여, 훨씬 더 바람직한 실시예에서 초기가 아닌 모든 검정 단계는 채널에 직접적으로 용액을 주입함으로써 쉽게 수행될 수도 있고, 여기서 웰 구조는 피펫 또는 다른 유체 로딩 도구를 위한 가이드로서 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 채널 벽 모두는 통상의 기술자에 잘 알려진 표면 처리를 적절하게 선택함으로써 친수성이 되도록 처리된다. 또 다른 실시예에 있어서, 마이크로채널 벽 모두를 포함하는 기판 물질은 통상의 기술자가 알고 있는 기술을 이용하는 제공된 친수성일 수 있고, 소수성 밀봉 테이프가 사용될 수 있다. 표면 처리의 선택은(즉, 액체에 대한 벽의 최종 표면 장력) 의도된 검정 적용에 달려있다. 대부분의 경우에, 소수성 표면은 상기 표면의 생물 분자의 결합을 기초로 하여 소수성 상호작용을 가능하게 하는 것이 바람직하다. 다른 경우에서, 친수성 표면은 결합 표면에서 생물 분자의 친수성 상호 작용에 대해 더 적합할 수 있고, 또 다른 경우에 소수성 및 친수성 표면의 조합은 두 종류의 생물 분자가 결합하게 한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 제 1 "미리 준비한" 액체는 채널을 충전하는데 사용된다. 이소프로필알코올과 같은 액체는 대부분은 폴리머와 극도로 낮은 접촉각을 나타내고, 매우 우수한 위킹 흐름(wicking flow)을 나타낸다. 액체는 상기 채널 벽이 친수성 또는 소수성인지에 상관없이 채널을 충전한다. 액체가 흡수 패드에 접촉하면, 로딩웰에 지속적인 경로가 생성된다. 액체를 첨가한 이후에 자동적으로 채널로 이끌어질 것이다. 마이크로채널 표면과의 조합에서, 상기 웰 표면은 액체 컬럼에 모세관력을 가함으로써 고양되고 수축하도록 수정될 수도 있다. 예를 들면, 강한 친수성 처리를 상기 웰 표면 상에 가하면, 후미 메니스커스는 뚜렷한 오목한 형태를 가질 것이고, 상기 메니스커스의 불록(bulge)한 면은 웰의 하부 쪽을 향한다. 이러한 메니스커스 형태는 액체 컬럼(이것이 흡수 패드에 닿기 전)의 전단에서 메니스커스 형상을 완성하고, 느린 충전이 되게 할 것이다. 상기 웰의 다른 한쪽 면이 뚜렷한 소수성이면, 후미 메니스커스는 볼록(convex)한 형태를 달성할 것이고, 여기서 메니스커스의 불룩한 면은 웰의 상부 쪽을 향한다. 이러한 메니스커스 형상은 액체 컬럼의 앞쪽 말단에 모세관력을 부여하고, 이는 더 빠른 흐름 속도를 야기한다.

다른 바람직한 실시예에서, 밀봉층은 마이크로채널 기판에 역으로 결착할 수 있도록 설계될 수 있다. 이러한 구성에서, 밀봉층은 유체 단계의 일부 도중(예를 들면, 흡수 검정 도중) 제거될 수 있고, 밀봉층은 자연스럽게 제거될 수 있고 멈춤 용액(stop solution)이 첨가되어 흡수 반응을 중단시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 밀봉층은 검정법 분석의 다른 방법에 적합한 특정 물질일 수 있고, 예를 들면 밀봉층은 선택되어 관련 검정으로부터의 생성물에 의해 면역-침강 반응을 시키는데 적합한 특정 웰이 될 수 있다.

도 4b에 도시된 본 발명의 다른 실시예에서, 관통 구멍 구조 그 자체는 도 4a에 도시된 직선 측벽과 함께 실린더형 기하학적 구조보다 테이퍼될 수 있다. 상기 테이퍼 형상은 모세관 작용으로 액체가 관통 구멍을 통해서 웰로부터 하나 이상의 친수성 마이크로채널 벽에 이끌려지도록 보조할 것이다. 다른 실시예에서, 도 4a 또는 도 4b에 제시된 웰 및 관통-구멍은 다른 표면 기능성을 제공하도록 선택적으로 처리될 수 있다. 예를 들면, 기판 층은 대체로 웰의 내부 표면만 소수성이고, 관통-구멍은 친수성으로 처리된다. 기판층은 친수성 테이프로 돌려서 밀봉된다. 따라서, 이러한 구성에는, 웰로부터 관통 구멍을 거쳐서 액체가 임의의 개입 기포 없이 마이크로채널에 지속적으로 충전되는 것을 보장하는 마이크로채널(테이프)의 바닥까지 이어지는 연속 친수성 경로가 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예는 도 5에 제시한다. 도 5는 웰과 마이크로채널 사이의 접점 구멍에서 마이크로채널 구성의 실시예를 도시한다. 도 5a에서, 관통 구멍의 단면 영역으로부터 마이크로채널의 단면 영역까지 돌연한 변화가 있다. 상기 채널의 단면 영역이 훨씬 작기 때문에, 웰에 존재하는 액체는 상기 접속 장치에서 멈출 것이다. 도 5b에서, 마이크로채널은 접면 구멍보다 약간 크므로, 또한 채널 단면은 최종 크기로까지 점진적으로 테이퍼된다. 이러한 경우에 액체가 웰에 존재하면 마이크로채널이 완전하게 비워질 때까지 지속적으로 흐를 것이다(흡수 패드로). 매우 높은 모세관력을 가진 흡수 패드는 대안적으로 사용되어 도 5a의 구성으로 마이크로채널은 완전하게 비워진다. 전자의 경우, 다음 액체가 첨가될 때까지 액체는 마이크로채널에 남아있고, 조건은 배양 단계로서 사용될 수 있다. 이러한 경우에서 상기 구성을 이용하는 것이 유리하고, 이때 상기 검정 성능은 순수한 흐름 관통 검정이 이용하는 경우에 발생할 수 있는 흐름 속도의 미세한 변화에 비교적 독립적이다. 후자의 경우, 액체는 상기 채널에서 절대 멈추지 않고, 지속적인 흐름 또는 관통 흐름 검정을 대안적으로 할 수 있고, 검정 작업은 현저하게 더 빠르다. 이는 반응시간이 일부 현장검사 시험 적용의 경우에서 정밀한 제어에 비해 더 중요한 때에 적용에 있어서 유리할 수 있다. 또한, 흐름 관통 모드는 검출의 민감도를 향상시키기 위해서 유리하게 개발될 수 있다. 예를 들면, 제 1 결합제(포획 항체)가 마이크로채널 벽 상에 이미 코팅된 경우, 해방된 결합부는 막힌 채로 유지되고, 샘플(표적 항원 또는 분석물을 함유)의 큰 용적은 웰 내로 로딩될 수 있다. 액체는 채널 벽을 지나서 흐르는 경우, 증가한 양의 항원은 표면 상에서 포획 항체와 연결될 수 있다. 효과로는, 흐름 관통 모드는 결합 부의 큰 단편이 항원에 연결될 때까지 결합부에 노출되는 표적 항원/분석물의 공급을 보충한다. 이어서, 검출 또는 제 2 항체는 상기 설명한 바와 같이 결합 표적물(bound target)에 연결되고 이러한 계획은 제공된 샘플로부터 훨씬 낮은 농도의 표적을 검출할 수 있다. 이러한 미소 규모의 급속한 반응 운동은 항원의 상당한 부분이 단기간 내에 포획 항체에 결합할 수 있다는 것과 액체는 관통 모드(수 초) 에서 채널 내에 있다는 것을 보장한다.

도 6은 배양 과정이 바람직한 흐름 서열의 신뢰할 수 있는 성능에 더 도움이 되는 구성 형태를 도시한다. 도 6에 도시한 바에 따르면, 공기 배출 구멍은 상기 테이프 상의 배출 구멍에 가까이 근접한 마이크로채널의 배출구 쪽으로 설계된다. 이러한 구성으로, 웰에서 액체는 비워지고, 액체의 후미는 관통 구멍 및 마이크로 채널 사이의 접점에서 "막힐" 것이다. 고 모세관력 흡수 패드는 일반적으로 마이크로채널에서 액체를 비우도록 만드는 모세관력을 지속해서 가할 것이다. 그 효과로, 흡수 패드는 진공원(vacuum source)으로서 역할을 하고, 액체 컬럼의 전단에서 음압을 생성한다. 액체가 흡수 패드에 흡수되는 경우, 상기 액체 컬럼은 마이크로채널로 "들어갈 것이다". 액체 채널의 전단이 공기 배출 구멍을 지나 들어가는 경우, 패드의 모세관의 작용은 중단되고, 음압(패드로 부터)은 공기 배출 구멍을 통해서 대기압에 의해 감소된다. 또한, 공기 배출 구멍은 밀봉 테이프에 배출 구멍의 주변 안에 배치될 수 있다. 후자 구성은 액체가 약간 들어오자마자(패드에 의한 지속적인 흡수로 인해), 공기 배출이 음압을 소멸하도록 할 것이다. 더 설명하면, 액체는 뒤쪽으로 들어가는 것(즉, 배출구와 떨어져서)이 필수적이다. 만약, 액체 컬럼(관통 구멍 접점에서)의 후미가 채널로 이동하는 대신에 액체 전면이 정지한 채(배출구에서)로 있으면(측 주입구와 떨어져서), 웰에 추가적인 액체가 로딩되는 경우에 기포가 형성된다. 2개의 다른 액체 사이에 기포를 개입시키는 것은 모세관 작용을 멈추게 하고, 추가적인 작동을 방지한다.

본 발명의 중요한 양태는 종래의 마이크로플레이트 내의 웰 구조와는 대조적으로 면역 검정법을 수행하는 마이크로유체 채널의 사용이다. 마이크로 채널의 용적비가 높은 표면적은 (a) 제한된 발산 거리에 의한 급속한 반응 및 (b) 낮은 반응 용적을 가능하게 한다. 마이크로채널 구성의 다양성은 본 발명의 실행에 사용될 수 있다. 하기 표에 제시된 바와 같이, 채널을 완전 충전하도록 요구된 액체 용적의 부수적인 감소와 함께 채널 크기가 감소하는 경우, 표면적에 대한 용적비는 증가한다. 채널 크기는 흐름 속도, 표면적 및 용적에 대한 표면적의(SAV) 비율에 대한 요구사항을 기본으로 하여 결정될 것이다. 예를 들면, 중앙에서 500 ㎛ 로딩 웰을 가정하고, 여기서 가장 큰 나선형 채널의 반경은 약 3 ㎜이고, 이하의 구성은 가능하다. 이러한 모든 변경은 본 발명의 범위 내에서 고려된다.

물론, 채널 구성의 다양성은 상기 제시된 도면의 나선형 구조 외에도 가능하다. 도 7a는 본 발명에 동등하게 적합한 구불구불한 채널을 도시한다. 또한, 채널은 주입구로부터 배출구까지 지속적인 테이퍼를 포함한다. 상기 테이퍼는 채널이 테이퍼되는 경우, 액체 컬럼의 전단에 증가한 모세관력을 가하고 이러한 경우 다른 흐름 속도를 야기하는 것을 보장할 것이다. 다른 실시예에서, 테이퍼는 채널이 주입구로부터 배출구까지 점진적으로 확장되도록 배출구로부터 주입구까지 설계될 수 있다. 흐름 속도의 차이는 연속 흐름 유체 관통 흐름 검정법 또는 고정 배양 검정법을 위한 액체 충전에 현저한 영향을 미치고, 유리하게 사용되어 추가적인 유연성을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 채널은 비대칭(즉, 폭은 깊이, 면적 또는 이들의 조합과 동일하지 않음)으로 설계될 수 있다.

마이크로채널의 다른 실시예를 도 8에 도시한다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 마이크로채널은 기하학적 합성물을 갖고, 여기서 밝게 표시된 말단 구획에서 마이크로채널 단면 크기는 마이크로채널의 나머지 단면 크기에 비해 다르다. 말단 마이크로채널 구획은 나머지 마이크로채널의 크기에 비해서 하나 이상 크기가 더 크다. 예를 들면, 말단 구획은 폭이 300 ㎛ × 깊이 200 ㎛일 수 있고, 나머지 마이크로채널은 폭이 200 ㎛ × 깊이 200 ㎛일 수 있다. 이것은, 말단 구획이 상기 채널보다 낮은 흐름 저항을 갖는 것을 보장한다. 이러한 구성은 고정 배양 케이스에 대해서 최적의 흐름 성능을 보장하는데 유용하다. 도 6에 대한 설명과 관련하여 상기에 설명한 바에 따르면, 흡수 패드의 지속적인 작용은 액체가 배출구로부터 뒤로 들어가도록 액체를 빼내는 것이 바람직하다. 도 8에 도시된 구성은 액체 컬럼(배출구에 가까움)의 전단에 대한 흐름 저항은 액체 컬럼(관통 구멍 접면에서)의 후미에 대한 흐름 저항보다 낮은 것을 보장하고, 상기 액체는 항상 배출구로부터 뒤로 "들어갈 것이다".

달성할 수 있는 다른 바람직한 실시예는 도 8b에 제시된 비슷한 효과를 갖고, 여기서 밝게 표시된 초기 구획은 나머지 마이크로채널의 단면 크기에 비해서 다르다. 초기 마이크로채널 구획은 나머지 마이크로채널에 대한 비슷한 크기보다 하나 이상 더 작은 크기를 갖는다. 예를 들면, 초기 구획은 폭이 100 ㎛ × 깊이 200 ㎛인 반면, 나머지 마이크로채널은 폭이 200 ㎛ × 깊이 200 ㎛일 수 있다. 이것은 초기 구획이 나머지보다 더 큰 흐름 저항을 가지는 것을 보장한다. 또한, 이것은 액체가 항상 뒤로(즉, 채널 쪽으로 들어가는 것보다도 배출구에서 떨어져서, 즉, 주입구로부터 떨어짐) 들어간다는 것을 보장한다. 또한, 마이크로채널의 초입에서 높은 저항 구획의 이용은 지속적인 흐름 또는 흐름 관통 모드를 위한 흐름 조절에 유리하다. 도 9 및 관련 표에 제시된 바에 따르면, 마이크로채널의 흐름 속도는 마이크로채널 크기에 상당히 의존한다. 흐름 관통 모드는 (1) 반복된 수행을 보장하는 흐름 속도의 정확한 제어 및 (2) 충분한 저항 시간 동안 채널을 통해 액체가 흘러서 액체 내의 최대 흡수/생화학적 연결을 상기 채널 벽 상의 리간드에 보장하는 낮은 흐름 속도로 흐르는 능력을 요구한다. 도 9 및 관련 표에 제시된 다른 크기로 설명된 바와 같이, 이러한 실시예의 조합은 추가된 구성의 유연성을 위해 사용될 수도 있다. 대안적 구성은 도 12에 제시되고, 웰 구조 및 마이크로채널 구조는 다른 2개의 기판으로 규정된다. 이러한 구성에서, 마이크로채널은 기판의 2개면 상에서 규정되어, 하나의 면 상의 채널은 제 2 면의 벽 영역에 대응하고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 이것은 웰 바닥의 수평적 밑넓이에 낭비되는 공간이 없다는 것과 더 큰 검증 신호가 생성될 수 있다는 것을 보장한다.

상기 설명한 바에 따르면, 종래 크기 분석 챔버 상의 마이크로채널의 이점은 채널 내의 용적에 대한 높은 표면적의 비율에 있다. 이것은 통상의 기술자에게 잘 알려진 다양한 기술을 사용함으로써 더 확대될 수 있다. 이러한 접근은 도 10a에 제시되고, 여기서 채널은 비드(bead)의 배열로 패킹(packing)된다. 본 적용에 사용될 수 있는 다양한 비드는 몇 개만 예를 들면 자성, 비자성, 폴리머, 실리카, 유리 비드를 포함한다. 대안적으로, 채널은 자가 조립 또는 다른 적절한 조립 방법을 이용하여 생성된 단일 폴리머 컬럼을 가질 수 있다. 이들 모두 및 통상의 기술자가 알고 있는 다른 잘 알려진 기술은 마이크로채널 내의 네트 표면적(net surface area)을 현저하게 증가시킬 수 있고, 마이크로채널 장치보다 심지어 더 빠른 반응 시간을 가능하게 할 수 있다. 비드의 이용은 상기 설명 이후에 더 설명된 바와 같이 장치 작동에 더 큰 유연성을 허락한다. 비드(폴리머 또는 기타)가 사용되는 경우, 이들은 웰의 바닥에서 적합한 크기의 구멍으로 직접적으로 분배된다. 채널 크기가 선택되어 비드는 이들을 통해서 자유롭게 흐를 수 있다. 이어서, 비드는 비드의 움직임을 더 방지하는 흡수 패드에 접근할 때까지 배출구를 향해 흐를 것이다. 상기 단계에서, 필요에 따라서 흡수 패드는 대체되어 비드를 중지시키는 임의의 용액의 잔여물을 제거할 것이다. 다른 단계들도 동일하게 유지될 것이다. 대안적으로, 비드는 자가 조립 기술 또는 슬러리 패킹 방법을 이용하여 패킹될 것이다.

특히 바람직한 실시예에서, 상기 비드는 Ultralink Biosupport™ 아가로스 젤 비드이다. 이러한 비드는 비드의 표면적을 더 확대하는 다공 표면적을 제공한다. 또한, 비드는 포획 항체와 같은 생화학적 공유 결합에 매우 적합하다. 상기 포획 항체의 높은 표면 농도가 비드에 연결된 후에, 비드 표면의 잔여물은 효과적으로 부동태화되어 비특이적 흡수를 최소화한다. Ultralink Biosupport™ 비드는 고속 단백질 액체 크로마토그래피(Fast Protein Liquid Chromatography (FPLC))와 같은 친화성 액체 컬럼 크로마토그래피에 일반적으로 사용되고, 마이크로유체 채널에서 이들의 사용은 민감도에서 엄청난 증가를 야기한다. FPLC 적용에 대해서, 비드는 포획 독립체와 공유 결합 및 시험 튜브와 같은 액체 용기에서의 잇따른 부동태, 이어서 FPLC 컬럼에서 비드를 패킹함으로써 준비된다. 또한, 마이크로유체 마이크로플레이트에 대해서, 유사한 접근이 이용될 수 있고, 대안적인 이러한 공정들은 처음에, 비드를 기하학적으로 적합하게 설계하여 옭아매고 이어서 순차적으로 화학 및 부동태 용액을 첨가함으로써 수행될 수 있다. 비드로 미리-패킹된 "일반적인" 마이크로플레이트를 제공하고 최종사용자(end user)가 비드에 소정의 화학을 연결하는 데에 더 큰 유연성을 제공한다.

도 10a에 제시된 실시예는 극단적으로 높은 민감도가 요구되는 적용에 대해 특히 적합하다. 마이크로비드를 이용하는 대안적 실시예를 도 10b에 도시한다. 도 10B에 도시된 바와 같이, 비드는 웰을 채널에 연결하는 관통 구멍에서만 테이퍼된다. 실제로, 채널 크기는 설계되어 채널은 트래핑(trapping) 기하학적 구조로서 작용하고, 상기 좁은 크기는 임의의 비드가 채널로 들어가도록 허용하지 않는다. 본 실시예에서, 컬럼을 패킹한 작은 비드는 "반응 챔버"이고, 마이크로유체 채널은 상기 비드 컬럼의 기반에서부터 배출구로 액체를 이동시키고, 그 결과로 직선 구획이 된다. 도 10b에 설명된 매우 작은 "비드 컬럼"이 사용되는 경우, Ultralink Biosupport™ 비드의 극도로 높은 결착력은 면역 검정법 적용에 적절한 민감도를 허용한다. 본 실시예는 특히 384 웰 및 1536 웰 구성과 같은 고밀도 마이크로플레이트에 적합한 웰이다.

상기에 설명한 바에 따르면, 비드(Ultralink Biosupport™)를 사용하는 한가지 기술은 바람직한 시제로 비드를 코팅하고, 이어서 그것을 채널(또는 관통 구멍)에 이동시키는 것이다. 이러한 접근은 코팅된 포획 분자와 반응하는 항체에 마이크로플레이트를 제한한다. 동시에, "예비 코팅(pre-coating)"은 비드에 표면 친수성을 제공하여 모세관 흐름이 비드 패킹된 컬럼 내에 발생하도록 한다. "일반적인" 마이크로플레이트에 대해서, 비코팅된 비드가 사용되는 경우에 모세관 흐름이 완전하게 존재하지 않으면 비코팅된/비-부동태화된 비드의 소수성 표면은 크게 감소될 것이다. 이러한 문제를 피하기 위해서, 처리되거나 비처리된 비드의 혼합물을 사용할 수 있다. 예를 들면, 비드가 로딩용으로 제조되는 경우, 처리되지 않고(소수성) 부동태화(친수성이 제공된 표면)된 적절한 비율은 혼합되고 채널 또는 관통 구멍으로 로딩될 수 있다. 이것은 패킹된 비드 컬럼이 감소한 결합 부위(부동태화된 비드 상)의 소모에서 모세관 흐름 작용을 지지할 수 있다는 것을 보장한다. 상기 감소에도 불구하고, 결합 부위의 네트 개수는 마이크로채널의 벽 위에서의 결합 부위보다 상당히 많을 것이다.

본 발명은 검정 분석만을 위한 것에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 11에 도시된 구성은 세포 기초 분석에 사용될 수 있다. 채널 내의 필러(pillar) 배열은 세포들이 웰로부터 이동될 때 포집할 수 있고 정확히 정의된 위치에서 가두어질 수 있다. 그 후에, 세포들은 특정 세포의 기능상에 이러한 화학 물질의 효과를 연구하기 위해 상이한 화학물질에 노출될 수 있다. 어떤 경우에는, 반응은 세포로부터 방출된 화학물질의 형태로 보여 질 수 있다. 이런 경우에, 검정 서열은 세포 용액이 첨가된 후 그리고 촉진성 화학물질이 첨가되지 이전에 흡수 패드가 새로운 패드로 교체되도록 설계된다. 따라서 세포로부터 방출된 화학물질은 흡수 패드 안으로 수집될 수 있고 이후에 분석된다. 다른 실시예에서, 마이크로채널의 표면은 세포가 벽에 부착될 수 있는 것을 보장하기 위하여 적합하게 처리될 수 있다. 이 예에서, 세포는 우선 재배되고 마이크로채널에서 성장하고 이후에 시험 화학물질에 노출된다.

본 발명의 모든 실시예에서, 흡수 패드는 모든 유체 조작 단계에 대해 일반적일 수 있거나, 각각의 유체 조작 단계 이후에 또는 선택된 단계의 세트 후에 교체되도록 설계될 수 있다. 나아가, 흡수 패드는 최종 유체 처리 단계 이후에 제거될 수 있거나 마이크로유체 마이크로플레이트에 내장되어 남아 있을 수 있다. 바람직한 실시예에서, 흡수 패드는 이들이 마이크로채널 및/또는 웰 구조에 겹치지 않도록 구성된다. 이는 흡수 패드를 제거하지 않고 검정 신호의 검출을 위한 광학적으로 투명한 경로의 존재를 보장한다. 도 13은 이러한 실시예 중 하나를 보여주며, 여기서 고유의 흡수 패드는 각각의 웰 + 채널 구조와 함께 사용된다. 또한 도 13에서 도시된 바와 같이, 흡수 패드는 마이크로플레이트 상에 설치될 수 있거나 분리 층 상에 설치될 수 있다. 후자의 경우에, 마이크로유체 마이크로플레이트는 적절한 지그(jig) 구성을 사용하여 흡수 패드를 유지하는 기판 위에 위치된다. 물론, 이 모든 경우에 있어서 흡수 패드는 마이크로유체 마이크로플레이트의 모든 "웰"에 공통되는 연속 시트일 수도 있다.

완전 투과성 구성에서 연속 흡수 패드를 사용하는 것의 잠재적인 문제점은 패드가 모든 검정 시약(광학적 활성 성분을 포함)을 흡수할 것이라는 점이다. 따라서, 마이크로채널로부터의 광학적 신호, 패드에 흡수된 성분으로부터의 광학적 신호를 분별할 수 없을 것이다. 대부분의 실시예에서, 봉인 테이프는 투명 라이너(liner) 상의 친수성 접착제로서 계획된다. 이런 경우에, 흡수 패드는 연속 시트이며, 봉인 테이프는 친수성 접착제가 불투명한 라이너 상에 증착되도록 선택될 수 있다. 테이프는 구멍을 뚫어서 이전에 설명된 것과 유사하게 배출 구멍을 만든다. 마이크로채널 및 배출 구멍의 말단 은 웰의 수직 시각 창 및 나선형 마이크로채널 패턴으로부터 떨어져서 위치한다. 패드에 대한 "창"이 시각 창으로부터 떨어져 위치되어 봉인막상의 뚫린 구멍뿐이기 때문에, 불투명 테이프 라이너를 갖는 이 구성은 흡수 패드의 연속 시트가 광학적 크로스토크(cross-talk) 효과 없이 사용될 수 있도록 할 것이다. 마이크로유체 마이크로플레이트는 "상부-판독(top-read)" 방식으로 제한되지만; 패드는 홀더의 필요를 제거함으로써 마이크로플레이트의 부분으로서 통합될 수 있다. 구성은 응용에 의해, 예를 들어 수동 사용을 위해 부분적으로 좌우되며, 제거가능 패드는 조작자가 판독 이전에 제거하기 용이하지만, 자동 장비를 사용하는 고속 검색법에 있어서는 현재의 기구와 양립가능하기 위해 통합된 패드를 갖는 것이 바람직하다.

도 5에서 도시된 바와 같이, 웰 및 마이크로채널의 하부에서 관통 구멍으로부터의 급격한 전환은 액체 컬럼의 표면장력 압의 급격한 변화를 가져오고 그 계면에서 흐름을 멈춘다. 또한, 유사한 상황은 도 14a에서 도시된 바와 같이 배출 말단에서 발생할 수 있다. 흡수 패드를 압축하기 위한 추가적인 바닥 층의 사용은 상대적으로 유연한 흡수 패드가 봉인막 상에 만들어진 공동 안으로 볼록함을 보장할 수 있다. 나아가, 볼록함은 마이크로채널이 배출 구멍과 접촉하는 지점에서 마이크로채널 단면을 직접적으로 접촉할 것이다. 이는 흡수 패드가 항상 현존하는 액체와 "접촉"하는 것을 보장할 수 있다. 대안적으로 도 14c에 도시된 바와 같이, 돌출(protrusion) 구조는 배출 부분의 마이크로채널의 말단에서 제작될 수 있다. 돌출 구조는 돌출 구조의 평면(기판으로부터 떨어짐)이 봉인 테이프(기판으로부터 떨어짐)의 표면과 대략적으로 정렬되도록 설계될 수 있으며, 이에 의하여 전환 효과를 최소화한다. 도 14c는 돌출 구조를 만들기 위해 사용될 수 있는 기하학의 범위를 도시한다.

도 15는 패드가 가는 조각으로 설계된 또 다른 실시예를 도시하며, 여기서 흡수 패드의 가는 조각 중 하나는 웰 + 채널 구조의 열(또는 행)에 공통적이다. 도 16은 흡수 패드 가는 조각이 "상부", 즉 마이크로채널의 반대 면 상으로부터 위치되는 또 다른 실시예를 도시한다. 따라서, 광범위한 설계는 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고 흡수 패드를 위치시키는데에 사용될 수 있다.

또한, 분명한 것은, 마이크로채널에 의해 가해진 것에 비해 큰 모세관력을 가할 수 있는 임의의 물질이 흡수 패드로서 사용하기에 적합하다. 여과 종이, 클린 룸 티슈(cleanroom tissue)와 같은 광범위한 물질은 손쉬운 명백한 예이다. 다른 소수만 아는 흡수 "패드"는 예를 들어 웰 구조 내에 마이크론 크기의 실리카 비드(beads)의 밀한(dense) 배치를 포함할 수 있다. 이러한 것은 매우 큰 모세관력을 가할 수 있고, 모든 것들은 본 발명 내의 흡수 패드로서 계획된다.

사실, 마이크로채널 자체는 모세관 펌프로서 사용되는 구성 및 폐기물 저장소는 도 17에 설명된다. 도 17에서 도시된 바와 같이, 아키텍쳐(architecture)는 더 적은 웰이 96-웰 배치 상에서 "기능성"이도록 변형된다. 각각의 웰은 마이크로채널에 관통 구멍을 통해 연결된다. 이 실시예에서 마이크로채널은 두 개의 영역, "기능성" 채널 및 "폐기" 채널로 나누어진다. 폐기 채널은 다중-단계 검정 서열 중간에 첨가되는 액체 모두를 수용할 수 이도록 설계된다. 제 1 액체가 첨가됨에 따라, 상기 액체는 최초 "기능성" 채널 부분을 통과하여 흐를 것이며, 앞서 설명한 바와 같이 검정 반응은 채널 벽 상에서 일어날 것이다. 그 후에, 제 1 액체는 연속 마이크로채널의 "폐기" 부분에 도달할 것이다. 친수성 테이프는 모세관력을 연속적으로 가할 것이고 웰로부터 액체를 뽑아낼 것이다. 채널의 "폐기" 부분에서 큰 단면 면적을 사용하는 것은, "폐기" 채널에서 모세관력이 관통 구멍에서의 모세관력에 비해 작은 것을 보장하며; 마이크로채널 계면은 이에 의하여 제 1 액체가 웰로부터 배수될 때에 흐름을 멈춘다. 제 2 액체가 웰에 첨가됨에 따라, 관통 구멍의 바닥에서 모세관 장벽은 제거되고 제 2 액체가 웰로부터 배수될 때까지 흐름이 재개될 것이다. 이 구성은 흡수 패드가 필요 없는 완전히-통합된 장치 구성을 가능하게 한다. 나아가, 이 실시예에서, 흐름이 "기능성" 및 "폐기" 채널 부분 간에 크기의 차이에 의해 자동적으로 조절되기 때문에, 공기 배출 구멍은 또한 요구되지 않는다. 이 실시예는 사용된 구성요소의 수를 최소화함으로써 더 신뢰할 수 있도록 할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 폐기 채널은 마이크로플레이트를 형성하는 기판 층을 통과해 연장되는("상향" 방향) 관통 구멍일 수도 있다. 두께가 균일하지 않을 수 있는 상당히 두꺼운 기판 층은 "폐기 벽" 내에 함유될 충분한 액체를 감안한다. 실시예는 웰 개수를 희생하지 않고 마이크로유체 모세관 펌프 개념의 사용을 가능하게 할 수 있다.

지금까지, 마이크로유체 채널 및 웰이 동일한 구조의 일부분으로서 설명되며, 또한 이들은 96 웰 플레이트의 밑넓이에 맞추기 위한 외형을 정의한다(오직 웰들이 "마이크로플레이트" 기판의 일부인 도 12에서 도시된 실시예를 제외함). 도 18에서 도시된 실시예를 사용하는 것이 더 유리할 수 있다. 도 18에서 도시된 바와 같이, 마이크로유체 삽입 플레이트는 주변 덮개와 함께 사용되며, 여기서 덮개는 기존의 마이크로플레이트의 (주위를 따라서) 형상 및 밑넓이를 정의하고, 상기 마이크로플레이트 삽입 구조는 웰 구조체 및 마이크로채널 구조체를 함유한다. 두 개의 부분은 마이크로유체 삽입 플레이트가 덮개로부터 제거될 수 있도록 설계될 수 있다. 이것의 사용은 도 18에 도시되며, 여기서 하나의 배향은 구체적으로 웰이 상부를 향하며, 장치는 검정 유체 서열을 위해 사용되고; 또 다른 배향은 구체적으로 마이크로유체 삽입 플레이트의 마이크로채널 부분이 위를 향하는 경우에, 장치는 검정 검출 서열을 위해 사용된다. 덮개는 마이크로유체 삽입 플레이트가 마이크로채널로부터 가장 좋은 신호를 보장하도록 최적화되는 높이에 위치될 수 있으며, 이는 마이크로채널이 광검출기의 초점 면과 동일한 초점 면에 설치되어 보장된다. 이 실시예는 형광 검출에 특히 매우 적합하며, 지향성 광선살은 형광을 유발하도록 사용된다. 화학발광 응용에 있어서, 도 19에서 도시된 실시예는 더 적합할 수 있다. 이 실시예에서, 추가적인 플레이트는 역 마이크로유체 삽입 플레이트의 상부에 위치된다. 추가적인 플레이트는 마이크로유체 삽입 플레이트의 영역에 개구부를 함유하며, 여기서 마이크로채널은 위치되지만 이러한 개구부를 형성하는 구조체의 벽은 불투명이다. 이는 하나의 반응 챔버로부터의 신호가 다중 광검출기에 도달하는 "광학 크로스토크" 효과에 상당한 감소를 보장할 수 있다. 또한, 도 18의 실시예는, 회전 후에, 채널 측이 "상부" 판독 마이크로플레이트 판독기에 의해 판독될 수 있도록 불투명 기판과 함께 사용되기에 적합하다. 또 다른 대안적인 실시예에서, 도 12의 장치는, 상기 장치의 "웰" 부분이 불투명 물질로 구성되는 반면에, "채널"부분은 투명한 기판상에 만들어지도록 제잘될 수 있다. 또한, 추가적인 대안 실시예는 도 20에 도시되며, 여기서는 다중 마이크로유체 삽입 플레이트가 사용된다. 삽입물의 배열은 약 25 ㎜ × 약 75 ㎜의 표준 유리 슬라이드 밑넓이와 같은 특정 크기가 가능하도록 설계될 수 있으며; 예를 들어, 액체 조작 기기는 동시에 4개의 삽입물을 조작하기 위한 마이크로플레이트 및 마이크로유체 삽입물 각각을 분리하여 판독하기 위한 슬라이드 판독기를 혼합 방식 및 매칭 방식으로 설계했다.

도 21a는 실시예를 도시하며, 여기서 단일 로딩 웰은 기판의 다른 면 상에서 직접적으로 맞은 편의 1 마이크로채널 구조에 연결되고, 반대 면 상에 위치되지만 마니크로플레이트의 다른 웰들이 일반적으로 존재하는 장소에 있는 복수의 다른 챔버에 연결된다. 예를 들어, 도 21a에 도시된 바와 같이, 4열 및 5열의 24개 웰의 배열은 4개의 반응 챔버 각각에 연결된다. 일 응용에서, 이 장치는 기존의 검정을 위해 사용될 수 있으며, 여기서 4개의 반응 챔버 각각으로부터의 동일한 신호는 검정 결과의 확인을 위해 사용되며, 이는 기존의 마이크로플레이트 기반 검정에서 샘플 당 삼중 또는 그 이상의 판독을 함으로써 보통 수행된다. 또 다른 실시예에서, 비드의 사용은 장치의 더 나은 유연성을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 공동의 로딩 웰 안으로 로딩된 제 1 액체는 비드 현탁 용액 1을 함유할 수 있으며; 여기서 비드는 특정 포획 항체에 결합된다. 용액 1의 부피는 비드가 대부분의 하류 반응 챔버를 패킹하는 경우에(이미 설명한 바와 같이 흡수 패드에 의해 패킹됨) 상기 비드가 특정 마이크로채널 구조만 채우도록 설계된다. 이후에, 또 다른 항체에 결합된 비드를 함유하는 제 2 비드 용액이 첨가될 수 있다. 상기 비드들은 최종 대부분의 하류 반응 챔버 등으로부터 제 2 비드 용액 내에 패킹될 수 있다. 따라서, 각각의 반응 챔버는 검정 작동 중에 공동 샘플 원으로부터 상이한 분석물을 검출하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 상이한 포획 항체의 배열은 공동 분석물에 대한 민감도에 대해 살펴볼 수 있거나 다른 이러한 시험은 이런 구성을 사용하여 수행될 수 있다. 물론, 상기 구성은 로딩 웰에 순차적으로 연결된 각각의 반응 챔버가 검정 특성의 차이를 보장하기 위해 상이한 물리적 구조를 가질 수 있도록 변형될 수도 있다.

도 21b는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하며, 여기서 로딩웰 및 마이크로유체 채널은 수직 면을 따라 탈-결합된다. 도 21b에서 도시한 바와 같이, 원통형 구조 형태의 더 단순화된(및 높은 용량) 웰 구조는 사용될 수 있으며, 이는 한쪽 측에서 마이크로유체 채널에 연결된다. 마이크로유체 채널은 표준 96-웰 배치에서 또 다른 "웰"의 밑넓이에 설치된 나선형(또는 다른 적합한 형상) 검출 영역을 차례로 가져온다. 따라서, 이 구성에서, "96-웰" 구성은 48-웰 구성으로 감소 되지만 훨씬 단순화된 물리적 구조를 갖는다. 게다가, 이 구성은 반응 챔버로서 역할하는 나선형 마이크로유체 채널의 상부에 플라스틱 물질의 매우 작은 두께를 가능하게 한다. 관통 구멍을 갖는 로딩 웰(테이퍼형)이 마이크로채널과 동일한 수직 가시선(light of sight)에 있는 설계에서, 마이크로채널 위에 현저하고 비-균일한 두께의 플라스틱 물질이 있다. 구체적으로 형광 기반 검출 응용에서, 이는 플라스틱 물질 자체로부터의 자동-형광을 증가시키며; 이는 자동-형광이 플라스틱 물질의 두께와 부분적으로 연관되기 때문이다. 도 21b의 구성에서, 플라스틱 물질의 매우 작은 두께(약 250 ㎛ 내지 500 ㎛)는 마이크로유체 반응 챔버의 상부에서 허용되며, 이에 의하여 플라스틱 물질 자체로부터의 자동-형광에 의한 바탕 신호를 매우 최소화한다.

도 21c 및 도 21d는 마이크로유체 마이크로플레이트의 준-자동화 작동에 특히 매우 적합한 실시예를 도시한다.

도 21c는 본 발명의 실시예를 도시하며, 여기서 단순화된 로딩 웰의 배열은 하나의 반응 챔버에 연결된다. 개략적인 도해는 예를 도시하며, 여기서 3개의 로딩 웰은 하나의 반응 챔버에 연결되고, 이 구성이 단일 반응 챔버로 이어지는 많은 수의 로딩 웰로 크기가 변경될 수 있다는 것을 용이하게 인식한다. 제 1 단순화된 로딩 웰 이후에 단순화된 로딩 웰은 도 21c에 대해 삽입물로 도시된 연결 마이크로유체 채널에 대해 특수화된 기하학을 사용한다. 제 1 단순화된 로딩 웰로 이어지는 연결 채널은 로딩 웰에 대해 부드러운 테이퍼로 연결된다. 다른 2개의 웰에 대한 연결 채널은 마이크로채널의 부분이 로딩 웰과 연결되도록 로딩 웰의 바닥을 고리 모양으로 돈다. 이런 기하학은 로딩 웰이 듀얼(dual) 용도로 역할하도록 하며, 이는 로딩 웰로 지칭되고 또한 공기 배출 구멍으로도 지칭된다. 작동 중에, 3개의 로딩 웰 모두는 다중-채널 피펫을 사용하여 액체 시약으로 동시에 채워진다. 가령 소수성 기판 및 친수성 봉인 테이프를 사용한다면, 이전에 서술된 모든 변형들이 동일하게 효과적으로 작동할 것이라고 인정되며; 3개의 액체가 웰에 로딩되는 경우에, 이들은 바닥(봉인 테이프)에 접촉할 것이고 친수성 힘은 채널 안으로 액체를 보내기 시작할 것이다. 본원의 설명에서, 웰은 반응 챔버에 매우 밀접한 웰 1, 제 2 상류 웰인 웰 2 등등으로서 설명된다. 웰 1 내의 액체는 반응 챔버를 향하는 방해받지 않는 흐름 경로 및 흡수 패드로의 하류를 가지고, 웰 1로부터의 액체는 챔버를 향해서 즉각 흐를 것이다. 웰 2를 향하는 액체의 역흐름은 (채널 내의) 사이에 있는 공기의 배출을 위한 장소가 없기 때문에 방해받는다. 유사하게, 웰 2로부터의 액체는 공기 배출 경로의 결여 때문에 어떤 방향으로도 흐르지 못한다. 따라서, 웰 1을 제외한 모든 웰에서 액체는 그 위치에서 "가두어진다". 액체가 완전히 웰 1을 나오는 경우에, 웰 2로부터의 액체는 움직이기 시작할 수 있다. 웰 2로부터의 액체 앞의 공기는 이제 비워진 웰 1로부터 배출될 수 있다. 채널이 연속 부분이고 모든 지점에서 친수성 면적(테이프)에 연결되기 때문에, 웰 1의 둘레를 가로지르는 경우에 흐름은 웰 2로부터의 액체는 웰 2로부터의 액체가 반응 챔버를 통과하고 비워질 때까지 연속될 것이다. 이러한 모든 경우에, 좁아지는 크기는 웰의 함유물이 완전히 비워지는 것을 보장하기 위해 반응 챔버에 대해 사용된다. 이런 흐름의 순서는 계속되고 잇따른 웰(웰 3, 웰 4...) 시약은 반응 챔버를 통해 순차적으로 운반될 것이다. (표면 결합 반응을 완료하기 위한) 충분한 용적을 보장함으로써, 전체 검정 순서는 하나의 로딩 단계를 사용하여 완료될 수 있다. 이 실시예는 두 개의 뚜렷한 혜택을 제공하며: 이러한 혜택은 (a) 검정 순서를 실행하기 위해 요구되는 노동력의 현저한 감소, 및 (b) 전체 흐름 순서가 "자동적으로" 조절됨으로 인한 매우 재현가능한 결과이다. 추가적인 액체는 두 가지 방식으로 제공될 수 있으며: 이러한 방식은 (a) 추가적인 웰을 순차적으로 연결하는 방식(예를 들어, 일련의 5개의 시약에 대하여 6개의 로딩 웰을 갖고 반응 챔버 안에 주입되는 샘플), 및 (b) 로딩 순서를 반복하는 방식(예를 들어, 시약 1, 2 및 샘플을 먼저 주입한 후에, 3개 모두가 반응 챔버를 통과해 운반된 후에, 시약 3, 4 및 5를 동시에 로딩함)이다.

도 21d는 본 발명에 따른 "준-자동" 마이크로유체 마이크로플레이트의 실시예에 대한 다른 변형을 도시한다. 이 실시예에서, 각각의 웰은 공동 접합 채널에 연결되는 채널 안으로 배수된다. 도 21c의 구성과 상이한 점은 접합 채널로 이어지는 각각의 마이크로채널의 길이(따라서 용적)가 현저히 상이하다는 것이다. 또한, 앞선 예와 동일한 명명 규칙을 사용하여, 웰 1은 반응 챔버까지의 매우 짧은 경로 길이를 가지지만, 웰 2는 이보다 10배 이상은 더 긴 경로 길이를 가진다. 이 구성에서, 모든 액체가 피펫으로 이들의 각각의 웰 안으로 동시에 로딩되는 경우에, 흐름은 모든 채널에서 동시에 시작될 것이다. 최초로, (웰 1로부터의) 액체 1은 반응 챔버에 도달할 것이고, 이는 반응 챔버 내의 유일한 액체일 것이다. 그 후에, (웰 2로부터의) 액체 2는 접합 채널에 도달할 것이고, 액체 1 및 액체 2의 혼합물은 반응 챔버 안으로 흐를 것이다. 혼합물의 작은 용적이 반응 챔버를 통과한 후에 웰 1이 완전히 비워지도록 각각의 웰의 용적은 설계될 수 있다. 그 후에, 액체 2는 홀로 (웰 3으로부터의) 액체 3이 접합 채널에 도달할 때까지 연속적으로 흐를 것이며, 이와 같이 계속 진행된다. 이 실시예는 두 개의 시약이 반응 챔버에 로딩되기 이전에 혼합되어야 하는 경우에 특히 유용하다. 제한되지 않는 예는 두개의 구성성분을 포함하며, 이들은 화학형광 기판, 및 경쟁적 면역학적 검정 등을 위한 샘플 항원 및 표지된 항원의 혼합물을 포함한다. 나아가, 흐름 순서는 소정의 간격에 있어서 3개(이상) 시약의 혼합물이 반응 챔버를 동시에 통과해 흐르도록 설계될 수도 있다.

도 22는 또 다른 실시예를 도시한다. 응용을 위해 특히 매우 적합한 본 발명의 실시예에서, 느린 유속은 긴 시간 간격에 요구되며, 마이크로플레이트는 특별한 고정장치에 고정된다. 상기 고정장치는 공기를 실온 또는 승온 하에서 흡수 패드의 밑면을 통과하는 고정장치를 통과해서 펌핑할 수 있는 공기 펌프에 연결된다. 흐름 순서는 긴 지속시간을 위해 느린 정상 유속이 요구되는 단계 이전에 액체의 많은 용적이 첨가되어 패드를 완전히 포화시켜 임의의 추가 액체를 흡수하지 못하도록 설계된다. 이후에, 소정의 액체는 웰에 첨가되고, 웰은 상부가 봉인되어 증발에 의한 손실을 방지하며, 각각의 웰 봉인 상에 작은 공기 배출 구멍 구조를 만든다. 나아가, 패드로부터 액체의 증발 손실을 유발할 공기 흐름은 고정장치에 개시된다. 패드가 액체 용적을 잃음에 따라, 추가적인 액체 용적은 오랜 시간을 위한 느린 유속으로 웰로부터 배수될 것이다. 흡수 패드는 모든 웰에 대해 공동 패드 또는 각각의 웰에 대해 분리된 패드일 수 있다. 이 실시예는 세포 성장의 연구와 같은 응용에 특히 적합하며, 여기서 배양 배지의 낮은 정상 흐름이 세포 생존력을 유지하기 위해 요구된다.

지금까지 논의된 본 발명에 따른 "일체형(one-body)" 실시예는, 만일 투명 기판상에 제작되는 경우, 화학형광에 기초한 검출에 적합하지 않을 것이며, 이는 광학적으로 투명한 웰간의 광학 크로스토크 때문이다. 형광에 기초한 검출에 있어서, 광학 신호는 형광 독립체를 갖는 마이크로채널이 여기되고 이후에 거의 동시에 0으로 떨어뜨리는 광학 신호를 제거하는 경우에만 생성된다. 화학형광의 경우에, 각각의 마이크로채널 유닛은 기판이 채널에 첨가되는 경우에 신호를 지속적으로 생성할 것이다. 따라서, 검출기가 주어진 웰 밑의 채널을 "판독"하는 경우에, 인접한 채널로부터의 미광 신호도 검출할 것이고, 이런 "크로스토크"는 측정에 있어서 원치 않는 에러를 유발할 수 있다. 만일 일부 실시예에서 설명된 바와 같이 불투명 기판이 사용되는 경우, 실시예는 화학형광에 기초한 검출에 적합하지만, 채널 측이 위로 향하도록 하부-판독(bottom-reading) 방식 또는 플레이트의 회전이 필요하다. 대부분의 발광측정장치는 상부-판독 방식을 위해서만 설계되고 회전 단계는 자동화에 적합하지 않다.

도 23은 화학형광에 기초한 검출 응용에 특히 매우 적합한 본 발명의 마이크로유체 마이크로플레이트의 실시예를 도시한다. 도 23의 실시예는 두 개의 부분 구성을 사용하며, 불투명 부분은 마이크로유체 마이크로플레이트의 웰 + 관통 구멍 + 채널 "셀" 각각을 완전히 둘러싸는데에 사용되며, 각각의 셀은 투명한 물질로 구성된다. 이 구성은 각각의 셀이 거의 완전히 다른 것들로부터 분리되는 것을 보장하며, 만일 연속 테이프가 사용되면 광학 경로는 봉인 테이프만 통과한다. 다른 실시예에서, 만일 각각의 셀이 개별적으로 봉인되면, 셀은 다른 셀로부터 완전히 단리될 것이다. 도 23의 실시예는 화학형광에 기초한 검출을 신뢰할 수 있도록 마이크로유체 마이크로플레이트 셀간의 광학 크로스토크를 상당히 최소화한다.

도 24는 현장검사에 특히 적합한 실시예를 도시한다. 이는 단순히 마이크로플레이트 구성의 작은 버젼이고 완전 수동용 현장검사 시스템으로서 사용될 수 있다. 도 24a는 감소된 개수의 로딩/검출 구조를 제외하고 설명된 완전히 동일한 장치를 도시하는 반면, 도 24b는 마이크로채널 구조가 로딩 웰과 동일한 수직 가시선에 있지 않은 대안적인 실시예를 도시한다. 도 21c 및 도 21d에 도시되고 앞서 설명된 "준-자동" 마이크로유체 마이크로플레이트 설계는 준-자동 POCT도 매우 적합하다.

도 25는 본 발명에 따른 Optimiser™에서 제작된 마이크로플레이트를 도시하며, 상기 마이크로플레이트는 기존의 96 웰 플레이트의 밑넓이 및 웰 배열을 갖으며, 그리고 도 26은 마이크로유체 마이크로플레이트의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 27은 화학-형광에 기초한 검정을 사용하여 마이크로유체 마이크로플레이트 및 기존의 마이크로 플레이트로부터의 비교 데이터를 도시하며, 샘플/시약 절약 및 마이크로유체 마이크로플레이트의 속도 이점을 명백히 강조한다.

1) IL-6에 대한 기존의 96-웰 검정:

항 IL-6 포획 항체(100 ㎕, 2 μg/㎖) - 첨가 후 37℃에서 1.5시간 동안 배양

세척(TBS-T20으로 3회, TBS로 2회)(T20 -> Tween 20 세제); 각 단계에 300 ㎕ 완충액

차단 300 ㎕, 1.5시간 동안 37℃에서 배양

세척(TBS-T20로 3회, TBS로 2회)

IL-6 항원, 순차적 농축(serial concentrations), 100 ㎕, 1.5시간 동안 37℃에서 배양

세척(TBS-T20로 3회, TBS로 2회)

항-IL-6 검출 항체, 2 μg/㎖, 100 ㎕, 1.5시간 동안 37℃에서 배양

세척(TBS-T20로 3회, TBS로 2회)

HRP 표지된 항-항-IL-6 검출 항체, 5 μg/㎖, 100 ㎕, 1.5시간 동안 37℃에서 배양

세척(TBS-T20로 3회, TBS로 2회)

50 ㎕의 화학형광 기판

Biotek FLX-800 형광 판독기를 사용하는 화학형광 신호의 검출

2) 마이크로채널 96-웰

항 IL-6 포획 항체(7 ㎕, 2 μg/㎖) - 첨가하고 5분 동안 실온(약 23℃)에서 배양

차단, 7 ㎕, 실온에서 5분

IL-6 항원, 순차적 농축, 30 ㎕(또는 100 ㎕), 실온에서 5분

항-IL-6 검출 항체, 2 μg/㎖, 7 ㎕, 실온에서 5분 배양

HRP 표지된 항-항-IL-6 검출 항체, 5 μg/㎖, 7 ㎕, 실온에서 5분

세척(TBS-T20, TBS); 각 단계에 20 ㎕ 세척 완충액

7 ㎕의 화학형광 기판

Biotek FLX-800 형광 판독기를 이용하여 화학형광 신호의 검출

도 28은 화학발광에 기초한 검정을 사용하여 본 발명에 따른 마이크로유체 마이크로플레이트로부터의 시험 데이터 및 기존의 마이크로플레이트로부터의 시험 데이터를 도시한다. 마이크로유체 마이크로플레이트에 대하여, 앞서 논의한 바와 같이 화학발광에 대한 광학 "크로스토크"를 회피하기 위하여, 검정은 한번에 하나의 웰에 수행되었다(즉, 실험에서, 하나의 웰 만이 한번에 시험됨). 하기 검정이 수행되었다.

3) 기존의 96-웰:

포획 미오글로빈 항체, 1 μg/㎖, 100 ㎕, 37℃에서 1.5시간 배양

세척(TBS-T20로 3회, TBS로 2회)

차단, 300 ㎕, 37℃에서 1.5시간 배양

세척(TBS-T20로 3회, TBS로 2회)

미오글로빈 항원, 순차적 농축, 100 ㎕, 37℃에서 1.5시간 배양

세척(TBS-T20로 3회, TBS로 2회)

AP 결합된 검출 미오글로빈 항체, 1 μg/㎖, 100 ㎕, 37℃에서 1.5시간 배양

세척(TBS-T20로 3회, TBS로 2회)

50 ㎕의 AP 기판

Turner Biosystem GloRunner 발광측정기를 사용하여 화학발광의 검출

4) 마이크로채널 96-웰

포획 미오글로빈 항체, 20 μg/㎖, 5 ㎕, 실온(23℃)에서 5분 배양

차단, 10 ㎕, 실온에서 5분 배양

미오글로빈 항원, 순차적 농축, 실온(23℃)에서 5분 배양

AP 결합된 검출 미오글로빈 항체, 20 μg/㎖, 5 ㎕, 실온(23℃)에서 5분 배양

세척: TBS-T20, 30 ㎕, 2회, TBS, 30 ㎕, 1회

5 ㎕의 AP 기판

Turner Biosystem GloRunner 발광측정기를 사용하여 화학발광의 검출

본 발명에 따른 마이크로유체 마이크로플레이트로부터의 절대 신호는 예상되는 작아지는 기판 용적 때문에 작아진다. 도 28에서 도시되는 바와 같이, 더 중요하게는 데이터의 추세가 플랫폼 둘 모두에서 비슷하며, 이는 마이크로유체 마이크로플레이트가 화학발광 검출 방식에 있어서도 실행 가능한 검정 플랫폼이라는 것을 알려준다. 또한 눈에 띄는 것으로서, 전기화학적 검출과 같은 다른 검출 양식도 마이크로채널에 적합하게 근접한 전극 패턴의 배열을 축적함으로써 마이크로유체 마이크로플레이트로 가능하게 한다.

요약하자면, 본 발명은 SBS/ANSI의 표준에 따르는 플랫폼상의 웰 배열을 갖는 마이크로유체 채널을 통합하는 간단한 방법을 제공한다. 예를 들어, 본 발명은 하기 효과를 제공하는 것으로 발견되었고, 기존의 마이크로플레이트를 대체하기 위한 복수의 응용에 사용될 수 있다.

본 발명의 특징, 이점 및 효과뿐만 아니라 추가적인 실시예는 상술한 본 발명의 바람직한 실시예의 설명을 참작하여 당해 분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 그러므로, 본 발명이 상술한 바람직한 실시예의 설명에 의해 어떤 방식으로도 제한되는 것으로 이해되지 않아야 하며, 또 다양한 변화 및 변형은 본원에서 구체적으로 설명된 본 발명에 이루어질 수 있고, 이러한 모든 변화 및 변형은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 임의의 이러한 제한은 오직 본원에 첨부된 청구항에 의해 규정되는 바와 같이 이해되어야 한다.

Claims (15)

1. 검사를 수행하기 위한 복수의 웰을 갖는 마이크로유체 마이크로플레이트로서, 마이크로유체 흐름 채널이 상기 마이크로유체 마이크로플레이트 안에 통합된 것을 특징으로 하는 마이크로유체 마이크로플레이트.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 흐름 채널은 96개 이상의 웰을 갖는 마이크로플레이트 안에 통합된 것을 특징으로 하는 마이크로유체 마이크로플레이트.
3. 복수의 실질적으로 동일한 셀들을 포함하는 마이크로유체 마이크로플레이트로서, 각각의 셀은:
   a. 로딩(loading) 웰;
   b. 한쪽 말단에서 로딩 웰에 연결되고 다른 말단에서 마이크로유체 채널에 연결되는 로딩 웰의 바닥에 위치한 관통 구멍;
   c. 한쪽 말단에서 관통 구멍에 연결되고 다른 말단에서 배출 구멍에 연결되고, 마이크로유체 채널 중 하나 이상의 벽은 친수성 성질을 보이고, 마이크로유체 채널의 세 개의 벽은 기판 물질에 의해 규정되고 마이크로유체 채널의 한 개의 벽은 밀봉 수단에 의해 규정되는 폐쇄된 마이크로유체 채널; 및
   d. 마이크로유체 채널의 배출 구멍에 연결되는 흡수 패드, 중 하나 이상을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로유체 마이크로플레이트.
4. 치 3 항에 있어서.
   상기 로딩 웰은 기본적으로 원형 형상이며, 수직 측면을 함유하는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로유체 마이크로플레이트.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 로딩 웰은 기본적으로 원형 형상이며, 수직 측면 및 테이퍼형(tapered) 측벽의 상부에서 수직 측벽을 갖는 테이퍼형 측벽을 함유하는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로유체 마이크로플레이트.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 로딩 웰은 기본적으로 원형 형상이며, 테이퍼형 측벽만을 함유하는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로유체 마이크로플레이트.
7. 제 3 항에 있어서,
   상기 마이크로유체 채널은 웰과 관통 구멍을 덮는(housing) 동일한 기판으로 덮여지는 것을 특징으로 하는 마이크로유체 마이크로플레이트.
8. 제 3 항에 있어서,
   상기 마이크로유체 채널은 웰과 관통 구멍을 덮는 기판과 다른 기판으로 덮이는 것을 특징으로 하는 마이크로유체 마이크로플레이트.
9. 제 3 항에 있어서,
   상기 흡수 패드 재료는 마이크로유체 채널에 비해 더 큰 모세관력(capillary force)을 보이는 것을 특징으로 하는 마이크로유체 마이크로플레이트.
10. 제 3 항에 있어서,
    상기 마이크로플레이트는 기본적으로 로딩 웰, 관통 구멍 및 마이크로유체 채널을 덮는 하나의 기판으로 구성되며, 일체형의 외형은 마이크로플레이트에 대한 ANSI/SBS 사양에 일치하는 것을 특징으로 하는 마이크로유체 마이크로플레이트.
11. 제 3 항에 있어서,
    상기 마이크로플레이트는 다중기판으로 구성되되, 이 중 적어도 하나는 로딩 웰, 관통 구멍 및 마이크로유체 채널을 덮는 것을 특징으로 하는 마이크로유체 마이크로플레이트.
12. 제 3 항에 있어서,
    상기 마이크로플레이트는 다중기판으로 구성되되, 이 중 적어도 하나는 로딩 웰, 관통 구멍 및 마이크로유체 채널로 구성된 적어도 하나의 셀을 덮는 것을 특징으로 하는 마이크로유체 마이크로플레이트.
13. 제 3 항에 있어서,
    상기 마이크로플레이트는 다중기판으로 구성되되, 기판들의 배열은 로딩 웰, 관통 구멍 및 마이크로유체 채널을 덮는 단 하나의 셀을 함유하는 것을 특징으로 하는 마이크로유체 마이크로플레이트.
14. 제 3 항에 있어서,
    상기 기판들 중 적어도 하나는 광학적으로 투명한 재료이며, 기판들 중 적어도 하나는 광학적으로 불투명한 재료인 것을 특징으로 하는 마이크로유체 마이크로플레이트.
15. 제 3 항에 있어서,
    상기 기판 물질들 중 적어도 하나는 열가소성 물질인 것을 특징으로 하는 마이크로유체 마이크로플레이트.

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