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KR102557135B1 - 분석물의 검출 및 정량을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

분석물의 검출 및 정량을 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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KR102557135B1
KR102557135B1 KR1020227028659A KR20227028659A KR102557135B1 KR 102557135 B1 KR102557135 B1 KR 102557135B1 KR 1020227028659 A KR1020227028659 A KR 1020227028659A KR 20227028659 A KR20227028659 A KR 20227028659A KR 102557135 B1 KR102557135 B1 KR 102557135B1
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reservoir
reader
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sensor device
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아유브 카탁
클린톤 세버
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큐 헬스 인코퍼레이티드
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Abstract

수집된 샘플 내에서 관심의 분자를 검출하기 위한 장치, 시스템, 및 방법이 본원에 개시된다. 특정 구체예에서, 완비형 샘플 분석 시스템이 개시되며, 이것은 재사용가능한 리더 구성요소, 일회용 카트리지 구성요소, 및 일회용 샘플 수집 구성요소를 포함한다. 일부 구체예에서, 리더 구성요소는 시험 프로토콜과 시험 결과의 디지털 전송을 위해 원격 컴퓨팅 장치와 통신한다. 다양한 개시된 구체예에서, 시스템, 구성요소, 및 방법은, 예를 들어 샘플에서 하나 이상의 병원균이나 오염물질의 존재에 대해 시험하기 위해, 관심의 특정 핵산, 단백질, 또는 다른 분석물의 존재, 부재, 및/또는 양을 확인하도록 구성된다.

Description

분석물의 검출 및 정량을 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR DETECTION AND QUANTIFICATION OF ANALYTES}
관련 특허출원의 상호 참조
본 출원은 2013년 3월 11일자로 제출된 발명의 명칭이 "이동식 컴퓨팅 장치를 가진 회전가능하며 사용이 용이한 분석물 검출 시스템"인 미국 임시출원 No. 61/776,254의 이익 및 우선권을 주장하며, 이것은 그 전체가 참고자료로 여기 포함된다.
기술분야
본 기술은 일반적으로 분자 검출 분야에 관한 것이다. 특히, 이 기술은 수집된 샘플 내에서 하나 이상의 특정 분석물의 존재, 부재 및/또는 양을 검출하기 위한 미세유동성 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
샘플 내에서 핵산, 단백질, 및/또는 관심의 다른 분자의 존재, 부재 및/또는 양을 확인하기 위한 종래의 기술은 주로 고가의 실험실 장비와 고도로 훈련된 의료 종사자의 전문기술을 필요로 한다. 결국, 이러한 분석은 전형적으로 실험실이나 의료 시설 내에서 수행된다. 이러한 분자 검출은, 예를 들어 사람이나 다른 동물 내에서 또는 환경 내에서 병원균, 질환, 오염, 과용량, 및 피독을 검출하는데 중요할 수 있다. 불행히도 오늘날 개체는 적절한 시험이 수행될 수 있기까지, 그리고 그 결과가 생성되어 분석될 수 있기까지 오랜 기다림에 직면할 수 있다. 오랜 기다림과 실험실이나 의료 시설까지 이동의 불편함으로 인하여 질병 및 오염이 주로 확산되며, 상기 질병이나 오염의 존재가 확인되기 전에 실질적인 위해를 야기할 수 있다.
개선된 분자 검출 및 정량 기술에 대한 실질적인 필요가 있다. 현재 사용되는 종래의 장치보다 더 적은 시간으로 더 적은 기술적 전문기술하에 관심의 분자를 검출할 수 있는 장치에 대한 필요가 있다. 비-임상 환경에서, 예를 들어 학교, 업무 장소, 및 가정에서 소비자에 의해 이용될 수 있는 분자 검출 기술에 대한 필요가 있다. 또한, 약국이나 의료서비스 시설로 들어가서 소비자에 의해 사용될 수 있는 분자 검출 기술에 대한 필요가 있으며, 이것은 그 결과를 소비자가 약사나 의료서비스 전문가와 대화하는 도중에 이용할 수 있도록 빨리 결과를 생성할 수 있다. 또한, 생물유해성 위험을 최소화하도록 구성된 소비자-타겟 분자 검출 장치에 대한 필요가 있다. 여기 개시된 다양한 구체예들은 이들 필요 중 하나 이상을 만족할 수 있다.
본 개시의 한 양태는 분자를 검출하기 위한 시스템에 관한 것이다. 다양한 구체예에서, 시스템은 카트리지 장치, 카트리지 장치에 제거가능하게 결합된 리더 장치, 및 샘플 수집 장치를 포함한다. 일부 구체예에서, 카트리지 장치는 복수의 저장소, 분석 채널, 및 투입 터널을 한정하는 내부 장벽을 가진 카트리지 하우징; 및 카트리지 하우징에 결합되거나 내부에 배치된 회로판을 포함하며, 상기 회로판은 분석 채널의 벽을 형성하고, 분석 채널의 일부의 내부에 배치된 복수의 센서를 가진다. 일부 구체예에서, 리더 장치는 센서와 정렬된 자석; 센서에 전기적으로 결합된 회로; 및 명령이 저장된 메모리를 가진 프로세서를 포함한다. 이러한 구체예에서, 리더 장치는 또한 자석, 회로, 및 프로세서가 위치되는 리더 하우징을 포함하며, 상기 리더 하우징은 샘플 분석 카트리지의 적어도 일부를 수용하는 도크를 한정(획정)한다. 일부 구체예에서, 샘플 수집 장치는 투입 터널 내부에 적어도 부분적으로 장착할 수 있는 크기이다. 추가로, 일부 구체예에서, 분자 검출 시스템은 또한 회로에 전기적으로 연결되고 제1의 복수의 저장소와 정렬되는 음파처리 구성요소를 포함한다. 음파처리 구성요소는 카트리지 장치나 리더 장치의 구성요소를 형성할 수 있고, 부분적으로 또는 완전히 압전 변환기로 이루어질 수 있다.
본 개시의 다른 양태는 샘플 분석 카트리지에 관한 것이다. 일부 구체예에서, 카트리지는 하우징 및 하우징 상부, 하부, 또는 내부에 배치된 회로판을 포함한다. 일부 구체예에서, 하우징은 복수의 저장소, 분석 채널, 및 투입 터널을 한정하는 내부 장벽을 가진다. 복수의 저장소는 샘플 제조 시약을 포함하는 제1 액체 부피로 적어도 부분적으로 충전된 제1 저장소 및 화학적 기질을 포함하는 액체 부피로 적어도 부분적으로 충전된 다른 저장소를 포함한다. 일부 구체예에서, 복수의 저장소는 추가로 세척 용액을 포함하는 액체 부피로 적어도 부분적으로 충전된 저장소를 포함한다. 특정 구체예에서, 투입 터널은 하우징의 표면에 있는 구멍에서부터 제1 저장소까지 연장되며, 복수의 저장소는 각각 적어도 때로 분석 채널과 유체 연통된다. 특정 구체예에서, 회로판은 분석 채널의 일부와 정렬된 복수의 센서를 포함한다.
일부 이러한 구체예에서, 샘플 제조 시약은 표면-결합된 친화성 분자를 가진 복수의 자성 입자, 복수의 검출제, 및 표적 분석물에 대한 접근과 표적 분석물과 표면-결합된 친화성 분자 및 검출제 사이의 결합을 촉진하기 위한 복수의 제제를 포함한다. 다른 구체예에서, 카트리지는 또한 투입 터널과 제1 저장소 사이에 배치된 막을 포함한다. 일부 이러한 구체예의 막은 복수의 경쟁적 결합제를 건조 저장하며, 각각의 경쟁적 결합제는 신호화제에 결합된 사전-결합된 표적 분석물을 포함한다. 추가로, 이러한 구체예에서, 샘플 제조 시약은 제1 저장소에 표면-결합된 친화성 분자를 가진 복수의 자성 입자 및 표적 분석물에 대한 접근을 촉진하고 표면-결합된 친화성 분자와 표적 분석물 또는 경쟁적 결합제의 결합을 촉진하기 위한 복수의 제제를 포함한다. 다양한 구체예에서, 복수의 자성 입자는 둘 이상의 크기의 자성 입자를 포함할 수 있으며, 각각의 크기는, 각각의 크기가 상이한 표적 분석물과 결합하도록 상이한 표면-결합된 친화성 분자를 가진다.
샘플 분석 카트리지의 일부 구체예에서, 카트리지는 복수의 저장소에 상응하는 복수의 밸브를 포함하며, 밸브는 하나씩 복수의 저장소 중 하나와 분석 채널 사이의 각 교차점에 위치된다. 일부 이러한 구체예에서, 복수의 밸브는 각각 열 적용시 상-변화가능하며, 회로판은 복수의 밸브와 정렬된(예를 들어, 위 또는 아래에 직접 배치된) 복수의 바이어스(vias)를 포함한다; 이러한 바이어스는 가열 요소와 물리적으로 결합된다. 일부 구체예에서, 샘플 분석 카트리지는 분석 채널의 하류 단부에 배치된 흡수성 물질을 더 포함한다.
카트리지의 다양한 구체예에서, 하우징은 함께 결합되어 고정된 구조를 형성하는 커버 구성요소, 내부 구성요소, 및 베이스 구성요소를 포함한다. 일부 이러한 구체예에서, 커버 구성요소는 내부 구성요소의 제1 측면에 배치되고, 베이스 구성요소는 내부 구성요소의 제2 측면에 배치되며, 회로판이 내부 구성요소와 베이스 구성요소 사이에 위치된다. 커버 구성요소와 내부 구성요소의 제1 측면의 특징부는 함께 투입 채널과 복수의 저장소를 한정할 수 있고, 내부 구성요소의 제2 측면과 회로판의 특징부는 함께 분석 채널을 한정할 수 있다.
본 개시의 추가의 양태는 샘플 분석 리더에 관한 것이다. 다양한 구체예에서, 리더는 자기장 발생기, 카트리지 검출 유닛을 가진 회로, 명령이 저장된 메모리를 가진 프로세서, 및 샘플 분석 카트리지에 결합하기 위한 도크를 가진 하우징을 포함한다. 특정 구체예에서, 샘플 분석 리더가 샘플 분석 카트리지에 결합된 때, 자기장 발생기에 의해서 생성된 자기장은 샘플 분석 카트리지의 센서와 실질적으로 정렬되고, 회로는 샘플 분석 카트리지의 센서와 전기적으로 결합된다. 다양한 구체예에서, 샘플 분석 리더는 복수의 샘플 분석 카트리지와 호환가능하게 결합한다.
일부 구체예에서, 리더는 또한 회로에 전기적으로 결합된 음파처리 구성요소를 포함한다. 이러한 구체예에서, 샘플 분석 리더가 샘플 분석 카트리지에 결합된 때, 음파처리 구성요소는 샘플 분석 카트리지의 샘플 제조 저장소와 정렬된다.
샘플 분석 리더의 일부 구체예에서, 자기장 발생기는 복수의 자기장 발생기를 포함하고, 샘플 분석 리더가 샘플 분석 카트리지에 결합된 때, 복수의 자기장 발생기는 샘플 분석 카트리지의 평면에 놓인 복수의 센서와 정렬되며, 각각의 자기장 발생기는 상이한 강도의 자기장을 생성하도록 구성된다. 이러한 구성형태는 샘플 분석 카트리지의 분석 채널 내부에 자기장 구배를 생성한다. 일부 구체예에서, 복수의 자기장 발생기는 복수의 영구 자석으로 형성되고, 각각은 센서의 평면에 대해 상이한 깊이에 배치된다. 다른 구체예에서, 자기장 구배는, 예를 들어 증가하는 크기의 복수의 영구 자석 또는 증가하는 크기나 증가하는 코일 수의 복수의 유도자를 사용하여 형성될 수 있다.
리더의 일부 구체예에서, 음파처리 구성요소는 프로세서에 전기적으로 결합된 압전 구성요소이고, 압전 구성요소는 저장소 내부의 기계적 사건이나 기계적 변화를 전기 신호로 변환하기 위해서 위치된다. 이러한 구체예에서, 압전 구성요소에 전기적으로 결합된 프로세서 및/또는 회로망은 전기 신호를 수용하여 해석하도록 구성된다. 저장소에서 이런 기계적 사건은 샘플 수집 장치의 진입시 샘플 분석 카트리지의 샘플 제조 저장소의 신축(flex)을 통해서 압전 구성요소에 적용된 검출된 압력의 형태로 변환될 수 있다. 또는 달리, 압전 구성요소 위에서 기계적 하중이나 질량의 변화가 프로세서 및/또는 회로망에 의해 감출가능한 및/또는 정량가능한 압전 구성요소의 공명 주파수의 이동을 야기할 수 있다. 다른 구체예에서, 압전 구성요소 및 접속된 프로세서 및/또는 회로망은 압전 구성요소로부터 방출된 펄스의 반사된 웨이브의 변동을 정량한다. 일부 이러한 구체예에서, 프로세서 및/또는 회로망은 반사된 웨이프에서 이러한 변동에 대한 역치 값으로 프로그래밍되며, 상기 역치는 수집 장치가 삽입된 상태에 대해 저장소 내부에 수집 장치가 없는 상태를 구별할 수 있도록 설정된다. 저장소 내부의 기계적 사건이나 기계적 변화를 전기 신호로 변환하는 압전 구성요소의 또 다른 예에서, 압전 구성요소는 투입 터널이나 저장소의 특징부와 상호작용하는 샘플 수집 장치의 기계 부품에 의해서 작동된 클릭소리에 상응하는 음파와 같은 음파를 검출하도록 구성된다.
샘플 분석 리더의 일부 구체예에서, 프로세서는 메모리에 저장된 명령을 실행하도록 구성되며, 이것은 실행되었을 때 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 한다. 특정 구체예의 방법은 회로로부터 수신된 카트리지 식별 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 결합된 샘플 분석 카트리지에 대한 적절한 시험 프로토콜을 확인하는 단계, 및 상기 적절한 시험 프로토콜을 실행하는 단계를 포함한다.
일부 구체예에서, 적절한 시험 프로토콜을 실행하는 것은 샘플 제조 저장소 내에서 시험 신호를 생성하고 응답 신호를 검출하기 위해 압전 구성요소를 자극하는 단계, 압전 구성요소로부터의 검출 신호, 응답 신호를 포함하는 검출 신호 및 압전 구성요소의 공명을 수신하는 단계; 응답 신호의 변화 및/또는 압전 구성요소의 공명의 이동에 적어도 부분적으로 기초하여 샘플 제조 저장소에 샘플 수집 장치의 진입을 검출하는 단계; 및 음파처리 구성요소가 샘플 제조 저장소 내부에 배치된 액체 내의 샘플 입자와 시약을 혼합하도록 음파처리 프로토콜을 개시하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 혼합은 샘플 입자와 시약의 적어도 일부의 혼성화를 촉진한다.
일부 구체예에서, 적절한 시험 프로토콜을 실행할 때 프로세서에 의해서 수행되는 방법은 추가로 또는 다르게는 회로를 통해서 샘플 분석 카트리지에 의해 생성된 검출 신호를 수신하는 단계, 및 검출 신호를 처리하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 검출 신호에 적어도 부분적으로 기초한 데이터를 이동식 컴퓨팅 장치 또는 표시 장치에 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 추가의 양태는 비-임상 질환 검출을 위한 특수 컴퓨터에 관한 것이다. 다양한 구체예의 특수 컴퓨터는 하드웨어와 소프트웨어를 둘 다 포함한다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 컴퓨터는 질환 검출 카트리지의 적어도 일부를 교합하기 위한 도크 또는 포트를 포함하며, 상기 도크는 컴퓨터 상에 또는 내부에 위치된다. 다양한 구체예의 컴퓨터는 또한 질환 검출 카트리지 내부에서 발생한 산화 반응으로부터 생성된 신호를 검출하기 위한 회로망, 및 명령이 저장된 메모리를 가진 프로세서를 포함한다. 질환 검출 카트리지와 교합시 프로세서는 명령을 실행하고, 이것은 특정 구체예에서 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하는데, 상기 방법은 회로망으로부터 수신된 신호로부터 질환 검출 카트리지의 유형을 검출하는 단계, 상기 유형에 특이적인 시험 프로토콜을 개시하는 단계, 및 30분 미만 내에 상기 유형에 특이적인 질환 검출 결과를 생성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 추가의 처리, 표시, 및/또는 저장을 위해 질환 검출 결과를 원격 컴퓨팅 장치로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다. 특정 구체예에서, 컴퓨터는 높이가 30cm 미만이고, 너비가 30cm 미만이고, 길이가 30cm 미만이다. 특정 구체예에서, 컴퓨터는 가정, 사무실, 또는 학교 환경에서 훈련받지 않은 소비자에 의한 사용을 위해 의도된다.
본 개시의 한 양태는 분석물 검출 도중과 이후에 특정 분석물을 검출하기 위해 필요한 모든 수집된 샘플과 모든 액체를 안전하게 저장하는 완비형 분석물 검출 키트에 관한 것이다. 다양한 구체예에서, 키트는 1회용 샘플 수집 장치; 및 1회용 검출 유닛을 포함한다. 검출 유닛은 샘플 수집 장치를 안전하며 영구적으로 수용할 수 있는 크기의 투입 터널, 및 시약, 세척 매질, 및 기질을 개별적으로 안전하게 저장하는 복수의 구획을 포함한다. 일부 구체예에서, 투입 터널은 검출 유닛의 표면의 구멍에서부터 시약을 보유한 제1 구획의 입구까지 연장된다. 일부 구체예에서, 샘플 수집 장치의 삽입 전에는 시약이 투입 터널로 흐르는 것을 차단하기 위해 선택적으로 파괴가능한 막이 제1 구획의 입구를 덮고 있다. 일부 구체예에서, 투입 터널에 샘플 수집 장치의 삽입시 검출 유닛에 대한 샘플 수집 장치의 움직임을 제한하기 위해 상보적 로킹 특징부가 샘플 수집 장치 위와 투입 터널 내에 배치된다. 더욱이, 일부 구체예에서, 샘플 수집 장치와 투입 터널은 샘플 수집 장치가 투입 터널로 전진함에 따라 액밀 시일을 형성할 수 있는 크기이다.
개시된 기술의 다른 추가의 양태는 의료서비스 제공자나 기술자 없이 질환을 검출하기 위한 방법에 관한 것이다. 일부 구체예에서, 이러한 방법은 샘플을 수집하기 위해 사용자의 코의 내부 통로를 면봉으로 문지르는 단계, 질환-검출 시험 프로토콜을 수행하기 위해 필요한 모든 시약과 기질을 담고 있는 카트리지를 카트리지를 검출하도록 구성된 특수 컴퓨터 내에 또는 위에 배치하는 단계, 및 면봉이 카트리지 내부에 잘 맞게 고정되어 제거될 수 없도록 면봉을 카트리지에 삽입하는 단계를 포함한다. 다양한 구체예에서, 특수 컴퓨터는 면봉의 삽입을 감지하여 시험 프로토콜을 개시한다. 일부 이러한 구체예에서, 특수 컴퓨터는 30분 미만 내에 시험 프로토콜을 통해서 샘플 내에서 특정 질환의 존재 또는 부재를 검출한다. 상기 방법은 또한, 유선 또는 무선 통신 접속을 통해서 결과가 특수 컴퓨터로부터 원격 컴퓨팅 장치로 전송된 후, 원격 컴퓨팅 장치로부터 시험의 결과를 판독하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 추가의 양태는 샘플 내에서 표적 분석물의 존재, 부재, 및/또는 양을 검출하기 위한 방법에 관한 것이다. 다양한 구체예의 방법은 카트리지를 분석물 리더 내에 또는 위에 로딩하되, 카트리지가 시약으로 적어도 부분적으로 충전된 제1 저장소, 기질로 적어도 부분적으로 충전된 저장소, 및 선택적으로 세척 용액으로 적어도 부분적으로 충전된 다른 저장소를 포함하는 복수의 저장소를 갖는 단계; 멸균 패키지로부터 샘플 수집 장치를 제거하는 단계; 샘플을 수집하기 위해 샘플 수집 장치의 팁과 견본을 접촉시키는 단계; 및 적어도 상기 팁이 제1 저장소로 진입할 때까지 샘플 수집 장치를 카트리지에 삽입하는 단계를 포함한다. 특정 구체예에서, 샘플 수집 장치의 팁을 제1 저장소에 삽입하는 것은 분석물 리더를 활성화하여 분석물 리더 내부의 음파처리 장치로 하여금 음파처리 프로토콜을 수행하게 하여 샘플 수집 장치에 의해서 수집된 샘플을 제1 저장소의 시약과 혼합한다. 추가로 또는 다르게는, 상기 팁을 제1 저장소에 삽입하는 것은 일련의 가열 요소들로 하여금 복수의 저장소 내부에 또는 근처에 배치된 일련의 밸브들을 순차적으로 용융시키게 하며, 이로써 복수의 저장소의 내용물이 분석물 리더에 의한 분석을 위해 분석 구역으로 순차적으로 방출된다. 일부 이러한 구체예에서, 샘플 수집 장치의 팁을 카트리지에 삽입하는 것은 샘플 수집 장치를 카트리지의 투입 터널 안에서 샘플 수집 장치의 팁이 투입 터널의 원단부에 배치된 막 장벽을 파괴하고, 상기 팁이 제1 저장소로 진입할 때까지 전진시키는 것을 수반하며, 샘플 수집 장치는 샘플 수집 장치와 투입 터널 사이에 형성된 액밀 시일과 함께 카트리지와 고정된 교합으로 맞물린다.
본 개시의 다른 양태는 샘플 내에서 표적 분석물의 존재, 부재, 및/또는 양을 검출하는 전산화된 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 전산화된 분석물 리더에 의해서 수행되는 방법은 분석물 리더 내에 또는 위에 로딩된 카트리지의 존재를 검출하는 단계, 카트리지와 관련된 식별 정보를 검출하는 단계, 및 식별 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 카트리지에 대한 적절한 시험 프로토콜을 확인하는 단계를 포함한다. 일부 구체예에서, 전산화된 방법은 추가로 또는 다르게는 카트리지의 제1 저장소에 삽입된 샘플 수집 장치를 검출하는 단계, 복수의 시약, 복수의 자성 입자, 복수의 검출제 또는 경쟁적 결합제, 및 제1 저장소 내의 복수의 샘플 입자를 혼합하기 위하여 샘플 수집 장치 삽입시 음파처리 프로토콜을 개시하는 단계를 포함한다. 일부 이러한 구체예에서, 복수의 자성 입자는 적어도 그 표면에 제1 표적 분석물과 결합하도록 구성된 제1 표면 친화성 분자를 각각 가진 복수의 큰 자성 입자, 및 그 표면에 제2 표적 분석물과 결합하도록 구성된 제2 표면 친화성 분자를 각각 가진 복수의 작은 자성 입자를 포함한다. 예를 들어, 음파처리 프로토콜을 통해서 혼합시, 제1 및/또는 제2 표적 분석물이 존재한다면 혼성화가 일어난다. 일부 이러한 구체예, 특히 검출제를 가진 구체예에서, 결과의 혼합물은 복수의 샌드위치 복합체를 포함하며, 이들 각각은 자성 입자와 검출제 상의 표면에 표면 친화성 분자에 모두 결합된 표적 분석물로 형성된다. 다른 구체예, 특히 경쟁적 결합제를 가진 구체예에서, 결과의 혼합물은 자성 입자의 표면에서 표면 친화성 분자에만 결합된 표적 분석물로 각각 형성된 분자 복합체를 포함한다.
일부 구체예에서, 방법은 또한 카트리지 내부의 제1 밸브가 용융하고, 혼합물이 샘플 제조 저장소로부터 분석 채널로 흐르도록 제1 가열 요소를 자극하는 단계를 포함한다. 다양한 구체예에서, 혼합물은 용액에 현탁되고, 용액은 상기 혼합물을 제1 저장소로부터 모세관 작용을 통해서 하류 흡수성 물질을 향해 분석 채널로 수송하는 수송 매질로서 작용한다. 분석 채널 내부에서 혼합물의 자성 입자는 분석 채널의 일부의 내부에서 복수의 자석 또는 다른 자기장 발생기 위에 국소화된다; 자성 입자는 이로써 복수의 국소화 샘플을 형성한다. 이러한 구체예에서, 자성 입자는, 큰 자성 입자는 소형 상류 자기장 내에 국소화하고, 작은 자성 입자는 대형 하류 자기장 내에 국소화하도록 크기 및 강도에 기초하여 국소화한다. 일부 구체예의 방법은 또한 카트리지 내부의 제2 밸브가 용융하고, 세척 용액이 제2 저장소로부터 분석 채널로 흐르도록 제2 가열 요소를 자극하되, 상기 세척 용액이 복수의 국소화 샘플로부터 자성 입자에 간접적으로 결합되지 않은 검출제 및/또는 경쟁적 결합제를 제거하는 단계를 포함한다. 일부 구체예의 방법은 카트리지 내부의 제3 밸브가 용융하고, 기질의 용액이 제3 저장소로부터 분석 채널로 흐르도록 제3 저항 가열기를 자극하는 단계를 더 포함한다. 일부 구체예에서, 검출제 및 경쟁적 결합제는 기질을 산화시키는 산화 효소를 포함한다.
전산화된 방법은 소형 자기장 내에 위치된 제1 기록 센서에서 제1 신호를 검출하되, 제1 신호의 적어도 일부가 기질의 산화에 의해 야기되는 단계; 대형 자기장 근처에 위치된 제2 기록 센서에서 제2 신호를 검출하되, 제2 신호의 적어도 일부가 기질의 산화에 의해 야기되는 단계; 기준 센서에서 기준 신호를 검출하는 단계; 노이즈를 제거하기 위해, 예를 들어 제1 신호로부터 기준 신호를 차감함으로써 제1 결과의 신호를 계산하는 단계; 제1 표적 분석물의 존재 및/또는 양을 확인하기 위해 제1 결과의 신호를 처리하고 분석하는 단계; 노이즈를 제거하기 위해, 예를 들어 제2 신호로부터 기준 신호를 차감함으로써 제2 결과의 신호를 계산하는 단계; 및 제2 표적 분석물의 존재 및/또는 양을 확인하기 위해 제2 결과의 신호를 처리하고 분석하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 상기 방법은 또한 시험 결과를 나타내는 신호를 이동식 컴퓨팅 장치로 전송하는 단계를 포함한다.
일부 이러한 구체예에서, 제1 결과의 신호는 국소화 샘플 내에 존재하는 제1 표적 분석물의 양에 비례하고, 제2 결과의 신호는 국소화 샘플 내에 존재하는 제2 표적 분석물의 양에 비례한다. 다른 구체예에서, 제1 및 제2 결과의 신호는 샘플에 존재하는 제1 및 제2 표적 분석물의 양에 간접적으로 비례한다. 다른 구체예에서, 제1 신호는 제1 분석물의 양에 간접적으로 비례하고, 제2 신호는 제2 표적 분석물의 양에 직접적으로 비례하거나, 또는 그 반대이다.
샘플 내에서 표적 분석물의 존재, 부재, 및/또는 양을 검출하기 위한 전산화된 방법의 다른 구체예에서, 제1 저장소는 단지 한 가지 크기의 자성 입자를 포함하고, 단지 하나의 자기장 발생기 또는 다른 자기장 발생기가 분석 채널에 또는 근처에 제공된다. 이러한 구체예에서, 상기 방법은 단일 표적 분석물의 존재, 부재, 및/또는 양의 검출을 허용한다.
전산화된 방법의 다른 구체예에서, 셋 이상의 크기의 자성 입자가 제1 저장소에 존재하고, 동일한 수의 셋 이상의 자기장 발생기가 분석 채널에 또는 근처에 제공된다. 이러한 방식에서, 샘플 내에서 복수의 분석물의 존재를 시험하기 위해 단일 장치와 단일 방법이 이용될 수 있다. 센서 신호와 분석물 표적 농도 사이에 1 대 1 맵핑을 생성하기 위하여 임의의 수의 입자 크기 및 자기장 강도가 활용될 수 있으며, 이 신호는 표적 분석물의 양에 직접적으로 또는 간접적으로 비례한다. 이러한 구체예에서, 자기장의 수는 센서의 수 및 특유의 자성 입자 집단의 수와 동일하며, 이들은 둘 다 시스템이 검출하도록 구성된 상이한 표적 분석물의 수와 동일하다. 이러한 방법 및 장치는, 예를 들어 사람이 어느 질병을 앓고 있는지, 약물 또는 독극물이 사람에게 부작용을 일으키는지, 또는 화학물질이 물을 오염시켰는지 결정하기 위해 사용될 수 있다. 다른 예들은 누군가의 신체 내에서 다양한 비타민, 호르몬, 단백질, 또는 관심의 다른 분석물의 농도를 정량하는 것을 포함한다.
예시적인 구체예들이 첨부한 도면을 참조하여 아래 설명되며, 여기서 유사한 번호들은 유사한 요소를 표시한다.
도 1a-1d는 여기 개시된 분석물 검출 시스템의 한 구체예에서 발견된 분자 및 반응의 도식적 묘사를 제공한다.
도 2a-2b는 여기 개시된 분석물 검출 시스템의 다른 구체예에서 발견된 분자 및 반응의 도식적 묘사를 제공한다.
도 3a-3b는 각각 샘플 수집 장치의 한 구체예의 측면도 및 투시도이다.
도 3c-3d는 각각 도 3a-3b의 샘플 수집 장치 구체예에서 제공된 수집 헤드의 투시도 및 측면도이다.
도 4a는 샘플 수집 장치의 다른 구체예의 측면도를 묘사한다.
도 4b는 도 4a의 샘플 수집 장치의 투시도를 묘사한다.
도 5는 샘플 수집 장치의 한 구체예의 기능적 블록 다이아그램을 묘사한다.
도 6은 샘플 수집 장치의 다른 구체예의 측면도를 도시한다.
도 7a는 조립된 카트리지 장치의 한 구체예의 투시도를 묘사한다.
도 7b는 도 7a의 카트리지 장치를 형성하는 구성요소의 투시도를 해체된 구성형태로 묘사한다.
도 8은 카트리지 장치의 다른 구체예의 분해조립도를 묘사한다.
도 9a-9c는 다른 카트리지 장치 구체예의 분해, 반분해, 및 비-분해 투시도를 묘사한다.
도 10a는 도 8의 카트리지 장치 구체예의 상면도를 묘사한다.
도 10b는 도 8의 카트리지 장치의 부분 투시도를 묘사한다.
도 11a-11b는 카트리지 장치의 한 구체예에서 발견된 내부 구성요소 및 회로판 구성요소의 상면도 및 투시도를 각각 묘사한다.
도 11c는 특정 구체예에서 저장소의 특징부를 강조하기 위해 확대한 도 11a의 내부 구성요소의 부분도를 묘사한다.
도 12a-12b는 도 4의 샘플 수집 장치 구체예가 배치된 도 8의 카트리지 장치 구체예의 상면도 및 측면도를 각각 묘사한다.
도 13a-13b는 카트리지의 나머지 부분으로부터 분리되어 도식적으로 표현된 샘플 제조 저장소의 한 구체예의 상면도 및 투시도를 묘사한다.
도 14는 투입 터널의 한 구체예의 기능적 블록 다이어그램을 묘사한다.
도 15a-15c는 투입 터널의 다른 구체예의 상면도, 측면도, 및 투시도를 각각 묘사한다.
도 16a는 샘플 수집 장치의 한 구체예가 배치된 투입 터널의 한 구체예의 맞물린 구성형태의 상면도를 묘사한다.
도 16b-16c는 구체예의 로킹 특징부 및 밀봉 특징부를 강조하기 위해 확대한 도 16a의 투입 터널 및 샘플 수집 장치의 부분도를 각각 묘사한다.
도 17a-17i는 미세유동 분석 채널의 다양한 구체예의 단면도를 묘사한다.
도 18a-18b는 도 7a-7b의 카트리지 구체예의 회로판 구성요소 구체예의 상면도 및 하면도를 각각 묘사한다.
도 19는 도 8의 카트리지 구체예로부터 제1 저장소의 단면도를 묘사한다.
도 20은 카트리지의 한 구체예의 내부에 위치된 밸브를 묘사한다.
도 21은 리더 장치의 한 구체예를 도식적으로 표현한다.
도 22는 리더 장치의 한 구체예의 분해조립도를 묘사한다.
도 23a-23c는 자동검출 및 자동시동 프로토콜의 다양한 상태에서 교합된 음파처리장치를 도식적으로 표현한다.
도 24는 밸브 피드백 시스템의 한 구체예의 도식적 다이어그램을 묘사한다.
도 25는 밸브 피드백 시스템을 가진 리더 장치의 한 구체예의 부분도를 묘사한다.
도 26a-26c는 도 7a-7b의 카트리지 장치 구체예와 교합되는 다양한 단계에서 도 22의 리더 장치 구체예의 다양한 도면을 묘사한다.
도 27a-27b는 카트리지 장치의 다른 구체예와 결합된 리더 장치의 다른 구체예의 측면도 및 단면도를 제공한다.
도 28a는 표적 분석물 검출 시스템의 한 구체예를 포함하는 다양한 구성요소를 묘사한다.
도 28b는 다양한 구성요소가 함께 결합된 사용중인 도 28a의 표적 분석물 검출 시스템을 묘사한다.
도 29a는 리더 장치의 다른 구체예를 묘사한다.
도 29b는 원격 컴퓨팅 장치와 직접 결합된 도 29a의 리더 장치를 묘사한다.
도 30은 리더 장치의 다른 구체예를 묘사한다.
도 31은 분석물 검출 시스템의 한 구체예의 도식적 다이어그램을 제공한다.
도 32는 샘플에서 표적 분석물의 존재, 부재, 및/또는 양을 검출하기 위한 방법의 한 구체예의 순서도를 제공한다.
다음의 상세한 설명에서는 본 개시의 일부를 형성하는 첨부한 도면을 참조한다. 도면 및 설명에서 설명된 구체예는 예시적인 것을 의도하며 제한인 것은 아니다. 본원에서 사용된 용어 "예시적인"은 "예나 예시로서 소용되는"이란 의미이며, 반드시 다른 구체예에 비해 바람직하거나 유익한 것으로서 해석되는 것은 아니다. 다른 구체예가 이용될 수 있고, 여기 제시된 주제의 정신이나 범위로부터 벗어나지 않고 변형이 이루어질 수 있다. 여기 설명되고 예시된 개시의 양태는 여러 상이한 구성형태로 배열, 조합, 및 설계될 수 있으며, 이들은 모두 분명히 본 개시의 일부로서 고려되고 일부를 형성한다.
달리 정의되지 않는다면, 본원에서 사용된 각 기술 및 과학 용어는 본 개시가 속한 업계의 기술을 가진 자에 의해서 통상 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 이어지는 청구항과 여기 제공된 개시에 따라서, 다음의 용어들은 달리 분명히 언급되지 않는다면 다음의 의미로 정의된다.
수치 지정 또는 범위(예를 들어, 압력 또는 치수) 앞에 사용되었을 때 용어 "약" 또는 "대략"은 (+) 또는 (-) 5%, 1% 또는 0.1%까지 변할 수 있는 근사값을 나타낸다.
본 명세서와 청구항에서 사용되었을 때 단수형 "한", "하나" 및 "그"는 문맥상 분명히 다른 의미가 아니라면 단수와 복수의 언급을 둘 다 포함한다. 예를 들어, 용어 "한 분자"는 복수의 분자를 포함할 수 있고, 복수의 분자를 포함하는 것으로 고려된다. 때로 청구항 및 개시는 "복수", "하나 이상" 또는 "적어도 하나"와 같은 용어를 포함할 수 있는데, 이러한 용어의 부재는 복수가 생각되지 않는다는 의미를 의도하지 않고, 그러한 의미로 해석되어서는 안 된다.
본원에서 사용된 용어 "포함하는" 또는 "포함한다"는 장치, 시스템, 및 방법이 인용된 요소를 포함하고, 추가로 어떤 다른 요소를 포함할 수 있다는 의미를 의도한다. "필수적으로 구성되는"은 장치, 시스템, 및 방법인 인용된 요소를 포하맣고, 언급된 목적을 위한 조합에 본질적 유의성을 가진 다른 요소는 배제한다는 의미여야 한다. 따라서, 본원에서 규정된 요소로 필수적으로 구성되는 장치 또는 방법은 청구된 발명의 기본적이며 새로운 특징(들)에 실질적으로 영향을 미치지 않는 다른 물질이나 단계는 배제하지 않을 것이다. "구성되는"은 장치, 시스템, 및 방법이 인용된 요소를 포함하고, 사소하거나 중요하지 않은 요소나 단계를 넘는 어떤 것을 배제한다는 의미여야 한다. 이들 종래의 용어들 각각에 의해서 규정된 구체예들은 본 개시의 범위 내이다.
본원에 개시된 다양한 장치, 시스템, 키트, 및 방법은 견본으로부터 채집된 샘플 내에서 표적 분석물을 분리, 표지 및 검출하려는 의도이다. 특정 구체예에서, 이러한 검출을 가능하게 하기 위해 화학적 반응이 이용된다. 예시적인 화학적 반응이 아래 논의되며 도 1a-2b에 묘사된다.
반응물 및 반응
일부 구체예에서, 도 1a 및 1b에 도시된 대로, 표적 분석물(110a, 110b)이 샘플 제조 시약의 용액에 첨가된다. 이 표적 분석물은 핵산, 단백질, 소분자, 또는 중금속과 같은 어떤 분자일 수 있다. 샘플 제조 시약은 적어도 자성 마이크로미드 또는 나노입자(120a, 120b)(본원에서 "자성 입자"라고 언급된다)를 포함한다. 다양한 구체예에서, 각 자성 입자(120a, 120b)는 그것의 표면에 결합된 친화성 분자(130a, 130b)를 가진다. 친화성 분자는 표적 분자에 결합하거나 표적 분자를 포착할 수 있는 어떤 적합한 분자 또는 부분일 수 있다. 친화성 분자의 비제한적 예들은 항체(단쇄, 다중쇄 항체, 디아바디, 사람화 항체 등을 포함), 친화성을 가진 항체 단편, 리간드, 기질에 대해 결합 친화성을 가진 폴리펩티드 또는 단백질 분자 및 부분, 핵산 분자(예를 들어, 앱타머), 결합 친화성을 가진 다른 분자 등을 포함한다. 도 1a 및 1b는 항체(130a)와 핵산 프로브(130b)를 묘사하지만, 핵산 앱타머 또는 다른 결합 단백질 또는 분자를 포함하는 어떤 적합한 친화성 분자도 사용될 수 있다. 일부 구체예에서, 샘플 제조 시약은 또한 검출제(140a, 140b), 예컨대 예를 들어 신호화제(150a)에 콘쥬게이트된 항체(160a) 또는 신호화제(150b)에 결합된 표지된 핵산 프로브(160b)를 포함한다. 다양한 구체예의 검출제(140)는 각각 신호화제(150), 예컨대 예를 들어 산화 효소 또는 다른 신호화 효소, 메틸렌 블루 또는 다른 전기화학적으로 반응성인 태그, 또는 형광 태그, 예컨대 에티듐 브로마이드, 플루오레세인, 녹색 형광 단백질, 또는 다른 형광단을 포함한다.
검출제(140)를 포함하는 구체예에서, 상기 기술된 다양한 시약은 함께 혼성화하여 샌드위치 복합체를 형성할 수 있다. 예시적인 샌드위치 복합체(100a,100b)가 도 1c 및 1d에 예시된다. 각 샌드위치 복합체는 (1) 표면-결합된 친화성 분자(130a, 130b)를 가진 자성 입자(120a, 120b), (2) 표적 분석물(110a, 110b) 및 (3) 검출제(140a, 140b)로 형성된다. 도 1c의 예시적인 샌드위치 복합체(100a)는 친화성 분자로서 항체를 사용하고, 표적 분석물은 관심의 단백질 또는 소분자이다. 도 1d의 예시적인 샌드위치 복합체(100b)는 핵산의 특정 서열을 포착하도록 설계된 핵산 프로브를 사용한다.
다양한 구체예에서, 신호화제(150)는 산화 효소, 예컨대 예를 들어 양고추냉이 퍼옥시다제(HRP) 또는 대두 퍼옥시다제이다. 이러한 구체예에서, 효소는 특정 화학적 기질의 존재하에 전기화학 셀에서 산화 반응이 일어나도록 유도한다. 따라서, 전기화학 셀에서 특정 기질이 표적 분석물에 결합된 산화 효소 및 자성 입자를 지나 흐르거나 그것과 만나는 경우 산화 반응이 일어난다. 이러한 구체예에서, 그에 따라 전기화학 셀의 작동 전극으로부터 전자가 방출되어 존재하는 표적 분석물의 양에 비례하는 양으로 산화 효소에 의해서 기질로부터 이탈된 전자를 보충한다. 전자의 방출 또는 유동은 전류를 만들며, 이것은 예를 들어 전류의 변화나 전압의 변화로서 전극에 의해서 검출가능하다.
도 2a-2b의 도식적 다이어그램에서 표현된 구체예와 같은 다른 구체예에서, 샘플 제조 시약은 적어도 자성 입자(220)의 집단을 포함하며, 각각은 그것의 표면에 결합된 친화성 분자(230)를 가진다. 일부 이러한 구체예에서, 샘플 제조 시약에 경쟁적 결합제(240)와 표적 분석물(210)을 함유하는 샘플이 첨가된다. 다양한 구체예의 경쟁적 결합제(240)는 사전-결합된 표적 분석물(270)을 포함하며, 이것은 신호화제(250), 예를 들어 상기 설명된 신호화제 중 어느 것과 사전-결합되게 된다. 사전-결합된 표적 분석물(270)은, 예를 들어 항체, 핵산 프로브, 핵산 앱타머, 또는 다른 친화성 분자(260)를 통해서 신호화제(250)에 간접 결합될 수 있다. 다양한 구체예에서, 샘플로부터의 미결합 표적 분석물(210)과 경쟁적 결합제(240)는 자성 입자(220) 상의 친화성 분자(230)에 결합하기 위해 서로 경쟁한다. 자성 입자(220)에 성공적으로 결합한 경쟁적 결합제(240)와 신호화제(250)의 양은 샘플에 존재하는 미결합 표적 분석물(210)의 양에 역으로 비례한다. 경쟁적 결합제(240)의 신호화제(250)가 산화 효소인 구체예에서, 전기화학 셀에서 특정 기질이 경쟁적 결합제(240)에 결합된 자성 입자를 지나 흐르거나 만나는 경우 산화 반응이 일어난다. 그에 따라 전기화학 셀의 작동 전극으로부터 전자가 방출되어 샘플에 존재하는 표적 분석물의 양에 역으로 비례하는 양으로 산화 효소에 의해서 기질로부터 이탈된 전자를 보충한다. 전자의 방출 또는 유동은 전류를 만들며, 이것은 예를 들어 전류의 변화나 전압의 변화로서 전극에 의해서 검출가능하다.
본원에서 고려된 일부 구체예에서, 샘플 시약은 단지 자성 입자의 하나의 집단과 검출제 또는 경쟁적 결합제의 하나의 집단을 포함한다. 이러한 구체예는 관심의 단일 표적 분석물의 검출을 위해 맞춤제작된다.
다른 구체예에서, 자성 입자 및 검출제 및/또는 경쟁적 결합제의 다수의 집단이 제공되며, 각 집단은 그 자신의 친화성을 갖도록 구성된다. 이러한 구체예에서, 자성 입자의 각 집단은 그것의 표면에 결합된 특유의 친화성 분자를 가지며, 자성 입자의 각 집단은 따라서 상이한 표적 분석물과 결합하도록 설계된다. 유사하게, 검출제의 각 집단은 특유의 친화성 분자를 포함하고, 따라서 상이한 표적 분석물과 결합하도록 설계된다. 경쟁적 결합 접근법을 이용한 구체예에서, 경쟁적 결합제의 각 집단은 상이한 사전-결합된 표적 분석물을 포함하고, 따라서 상이한 표적 분석물과 경쟁하도록 설계된다. 일부 구체예는 복수의 표적 분석물의 검출을 허용한다.
당업자는 자성 입자-결합된 복합체를 형성할 확률이 매우 크며, 모든 이러한 확률이 본원에서 고려됨을 인정할 것이다. 예를 들어, 샘플 제조 시약은 표적 분석물의 일부에 결합하는 바이오틴-표지된 항체를 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 샘플 제조 시약 중에 존재하는 항체 및/또는 핵산은 스티렙타비딘 콘쥬게이트 신호화 효소가 복합체를 형성하기 위해 바이오틴화된 검출제와 결합할 수 있도록 사전-바이오틴화될 수 있다. 한 이러한 스트렙타비딘 콘쥬게이트 신호화 효소는 HRP이다. 태그화 조합은 바이오틴-스트렙타비딘에 제한되지 않는다. 어떤 적합한 태그화 계획이 수행될 것이다. 다른 예에서, 결과의 샌드위치 복합체의 신호 생성 능력을 증진시키기 위하여 다수의 HRP 효소가 흔히 폴리-HRP 분자라고 알려진 분자로 함께 콘쥬게이된다.
자성 입자-결합된 복합체를 형성하는 성분들에 더하여, 다양한 구체예의 샘플 제조 시약은 (a) 염과 같은 자성 입자-결합된 복합체의 형성을 촉진하는 제제, (b) 박테리아나 바이러스의 세포용해 또는 큰 분자나 뉴클레오티드의 절단을 위한 세제 및 효소와 같은 표적 분석물에 대한 접근 및 특이성을 촉진하는 제제, (c) 비-특이적 결합을 감소시키기 위한 차단제 단백질; 및 (d) 샘플 제조 시약의 저장수명을 개선할 수 있는 예를 들어 트레할로오스와 같은 안정제 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
샘플 제조 시약의 적어도 일부 구체예에서, 결합 가능성을 증진시키기 위해 염이 필수적이다. 예를 들어, 일부 구체예는 포스페이트 완충 식염수(PBS)를 포함한다. 다른 구체예에서, 전기화학적 검출을 방해하지 않는 어떤 염이 시약에 제공될 수 있다.
잘 알려진 소 혈청 알부민, 카제인, 피브리노겐, 또는 다른 차단제 단백질과 같은 차단제 단백질이 샘플 제조 시약 중의 항체, 효소, 및/또는 다른 단백질의 안정화를 돕기 위해 제공될 수 있다. 이러한 차단제 단백질은 또한 자성 입자 및 본원의 다른 곳에서 설명된 시스템 및 장치의 벽과 신호화 효소의 비-특이적 결합의 방지를 도울 수 있다.
추가로, 관심의 분자나 핵산에 접근하기 위하여 세포용해가 필요한 구체예에서는 세제가 이용될 수 있다. 다양한 구체예에서, 이온성 세제보다는 비이온성 세제가 신호화 효소 및/또는 항체의 변성을 방지하기 위해 제공된다. 세제는 박테리아의 세포용해를 증진시킬 수 있고, 또한 인플루엔자 바이러스와 같은 다양한 바이러스의 부드러운 세포용해에 유용하다. 이러한 세포용해는 바이러스 내부의 핵단백질과 같은 표적 분석물에 대한 접근을 개선하기 위해 바람직할 수 있다. 추가로, 일부 구체예에서, 샘플 제조 시약은 세포용해를 증진시키고 세포용해 동안 점성을 감소시키는 효소를 포함한다; 이러한 시약은 일부 샘플, 예를 들어 이. 콜리와 같은 박테리아를 함유하는 샘플의 제조에서 필수적일 수 있다. 세포용해를 증진시키고 촉진하는 효소는 자성 입자의 표면에서 핵산 프로브의 파괴 없이 방출된 게놈 DNA를 자르는 리소자임 및 DNAses를 포함할 수 있다.
큰 뉴클레오티드 서열을 작은 서열로 선택적으로 자르는 RNAses 또는 DNAses와 같은 효소가 유리한 결합 동력학을 가진 작은 단편을 생성하기 위해 유용할 수 있다. 이러한 효소는 일부 구체예의 샘플 제조 시약에 존재한다. 다른 성분도 샘플 제조 시약에 포함될 수 있다. 예를 들어, 트레할로오스와 같은 안정제가 존재할 수 있다; 이러한 안정제는 단백질을 산화되는 것으로부터 보호하는데 도움을 주며, 따라서 특히 실온에서 시약의 반감기를 증가시킨다.
본원에 설명된 시스템의 다양한 구체예는 상기 설명된 화학 반응 중 어느 것이 사람의 개입 없이 전체적으로 또는 실질적으로 자동화된 방식으로 일어날 수 있는 완비형 환경을 생성하도록 설계된다. 예를 들어, 본원에 설명된 일부 디자인에서, 상기 설명된 화학 반응 중 하나 이상은 조작자가 시스템에 시약을 첨가하거나 제거할 필요가 없이 진행된다. 특정 구체예에서, 시스템은 생물유해성 위험, 예컨대 견본으로부터 수집된 샘플이 쏟아질 위험이 최소화되도록 폐쇄된다. 다양한 구체예에서, 이러한 시스템은 적어도 샘플 수집 장치, 카트리지 장치, 및 리더 장치를 포함한다. 이러한 장치의 일부 예시적인 구체예가 아래 상세히 설명된다.
샘플 수집 장치
다양한 구체예의 샘플 수집 장치는 견본으로부터 샘플을 수집하도록 구성된다. 샘플 수집 장치는 세포 및 다른 생물학적 물질을 어떤 원하는 영역이나 장소, 예를 들어 뺨안쪽, 목, 비강, 귀, 소변, 혈액, 또는 다른 신체 부분으로부터 수집하도록 구성될 수 있다. 한 예시적인 샘플 수집 장치는 작은 모세관 채널로 혈액이나 소변의 소적을 운반하는 유닛을 포함한다. 다른 구체예에서, 샘플 수집 장치는 환경으로부터, 예컨대 예를 들어 공기나 물로부터, 또는 물리적 표면이나 다른 구조로부터 생물학적 물질, 미립자 또는 다른 화학물질을 수집하도록 구성될 수 있다.
다양한 구체예의 샘플 수집 장치는 아래 설명된 다른 장치를 사용하여 견본 내에서 표적 분석물의 존재, 부재, 및/또는 양을 검출하는 것이 가능하도록 견본의 적절한 장소로부터 충분히 큰 샘플을 수집할 수 있는 크기 및 모양이다. 예를 들어, 일부 표적 분석물, 예컨대 플루 또는 감기 바이러스와 관련된 것에 대해, 샘플 수집 장치는 코-삽입 면봉일 수 있다; 이 면봉은 개체에 만약 존재한다면 플루나 감기 바이러스와 관련된 표적 분석물의 검출이 가능하도록 개체의 비강으로부터 충분한 양의 샘플을 수집할 수 있는 크기 및 모양이다. 다른 표적 분석물, 예컨대 예를 들어 폐혈성 인두염과 관련된 것에 대해, 샘플 수집 장치는 개체의 목으로부터 충분한 세포를 긁어낼 수 있는 모양의 인후 면봉일 수 있다. 다른 예로서, HIV와 관련된 표적 분석물을 수집하기 위해 적합한 샘플 수집 장치는 블러드 랜싯을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 소변을 수집하도록 구성된 샘플 수집 장치는, 예를 들어 테스토스테론 수준, 약물 수준, 비타민 수준, 및/또는 생식력을 추적하기 위한 시험을 포함하여 다양한 시험을 위한 표적 분석물을 수집하기 위해 적합할 수 있다.
샘플 수집 장치의 한 이러한 구체예가 도 3a-3d에 제공된다. 샘플 수집 장치(300)는 견본으로부터 소변을 소량 수집하도록 구성된다. 샘플 수집 장치(300)는 샤프트(310), 수집 헤드(320), 팁(330), 및 수집 영역(340)을 가지며, 수집 영역(340)은 모세관 튜브로 형성된다. 일부 구체예의 샤프트는 수집자의 손이 수집 부위로부터 떨어진 상태에서 용이하며 위생적인 수집을 촉진하기 위해서 기다랗다. 팁(330)을 가진 수집 헤드(320)는 도 3c-3d에 분리되어 도시된다. 일부 구체예에서, 수집 헤드(320)는 아래 더 상세히 설명된 특징부, 예컨대 예를 들어 카트리지 장치와의 교합을 위한 상보적 나사기구 또는 로킹 메커니즘 및/또는 밀봉 메커니즘 중 하나 이상을 가진 샤프트와 조합된다.
샘플 수집 장치(400)의 다른 구체예가 도 4a 및 4b에 제공된다. 제공된 샘플 수집 장치(400)는 비강으로부터 생물학적 물질을 수집하기 위해 구성된 비내용 면봉이다. 샘플 수집 장치(400)는 샤프트(410), 수집 헤드(420), 및 팁(430)을 가진다. 일부 구체예에서, 팁(430)은 라운드형이다; 다른 구체예에서, 어떤 무딘 또는 실질적으로 무딘 팁 모양이 사용될 수 있다. 다양한 구체예에서, 샤프트(410)는 개체의 코 안에 넣을 수 있도록 기다랗고, 수집 헤드(420)는 유체, 세포, 및 코 안에 존재하는 다른 생물학적 물질을 수집하기 위해 코의 내벽을 부드럽게 긁어내도록 구성된다. 일부 구체예에서, 샤프트(410)와 수집 헤드(420)는 동일한 물질로 형성된다; 다른 구체예에서, 이들은 상이한 물질로 형성된다. 일부 구체예에서, 샤프트(410)와 수집 헤드(420)는 둘 다 플라스틱으로 형성된다. 일부 구체예에서, 샘플 수집 장치(400)는 멸균 패키징 내에 사전-포장되고, 일회용으로 구성된다.
일부 구체예에서, 샘플 수집 장치(400)의 팁(430)은 무디며 날카로운 엣지를 포함하지 않는다; 무딘 디자인은 사용자가 샘플 수집 장치에 상처입을 위험을 감소시킨다. 추가로, 무딘 팁(430)의 이점은 카트리지 장치의 논의에서 아래 더 상세히 설명된다. 다양한 구체예의 샘플 수집 장치(400)는 이러한 카트리지 장치에 완전한 또는 부분적 삽입을 위해 구성된다.
도 4a-b의 샘플 수집 장치(400)를 포함하는 샘플 수집 장치의 다양한 구체예에서, 장치는 복수의 기능 구성요소를 포함한다. 이러한 기능 구성요소는 도 5의 블록 다이어그램에 도식적으로 표현된다. 이들 구성요소는 기능적으로 설명되지만 당업자는 이 구성요소들이 많은 물리적 형태를 취할 수 있음을 인정할 것이다. 모든 적합한 물리적 형태가 본원에서 고려되며 포함된다. 묘사된 대로, 다양한 구체예에서, 샘플 수집 장치(500)는 카트리지 장치 내부의 저장소로 송달하기 위해 샘플을 수집하고 샘플을 저장하기 위한 수집 구역(510); 샘플 수집 장치(500)가 카트리지 장치에 삽입될 때 샘플 수집 장치(500)와 카트리지 장치 사이에 액밀 시일의 형성을 촉진하기 이한 밀봉 구역(520); 샘플 수집 장치(500)가 카트리지 장치에 삽입될 때 수집 장치가 카트리지와 비가역적으로 이동불가하게 결합되도록 샘플 수집 장치(500)와 카트리지 장치 사이에 고정된 교합을 촉진하기 위한 로킹 구역(530); 및 사용자가 샘플 수집 장치를 파지하고 조작하기 위한 핸들 구역(540) 중 하나 이상을 포함한다. 일부 구체예에서, 수집 구역(510)은 또한 카트리지 장치 내부에서 저장소에의 접근을 얻기 위하여 카트리지 장치 내의 막을 파괴하기 위해 제공되며 구성된다. 일부 구체예에서, 핸들 구역(540)은 파괴가능하거나, 또는 달리 카트리지 장치에 샘플 수집 장치(500)의 나머지 부분의 삽입 후에 샘플 수집 장치(500)의 상기 나머지 부분으로부터 제거가능하다.
기능적 구역들이 확실하게 표시된 샘플 수집 장치(600)의 한 구체예가 도 6에 도시된다. 도시된 대로, 샘플 수집 장치(600)는 장치(600)를 홀딩하기 위한 핸들(640), 장치(600)를 카트리지와 맞물리기 위한 로킹 특징부(630), 카트리지의 내부 터널과 액밀 시일을 형성하기 위한 밀봉 특징부(620), 및 샘플을 수집하고 임시 저장하기 위한 수집 특징부(610)를 포함한다.
카트리지 장치
다양한 구체예에서, 카트리지는 하우징으로 형성되며, 이것은 봉쇄된 공간을 한정하며, 카트리지가 다음 중 하나 이상을 행하는 것을 가능하게 하는 다양한 특징부를 가진다: 샘플 수집 장치로부터 표적 분석물을 가진 샘플의 수용, 샘플 제조 시약과 함께 샘플의 저장, 표적 분석물을 샘플 제조 시약과 혼합하고 혼성화하기 위한 공간의 제공, 혼성화된 표적 분석물이 검출을 위한 센서 상에 국소화되는 분석 구역의 제공, 혼성화된 표적 분석물을 분석 구역으로 수송하기 위한 액체 매질의 제공, 혼성화된 표적 분석물에 도입시 검출가능한 반응을 겪을 수 있는 기질의 저장 및 제공, 기질을 분석 구역 내의 혼성화된 표적 분석물로 수송하기 위한 액체 매질의 제공, 및 폐기물이 보관되는 폐기물 수집 구역의 제공.
다양한 구체예에서, 카트리지는 실질적으로 폐쇄된 시스템이며, 여기서 표적 분석물의 존재, 부재, 및/또는 양을 검출하기 위해 필요한 반응이 일어난다. 이러한 구체예의 카트리지는 "실질적으로 폐쇄된다"라고 말하는데, 카트리지 시스템에 필요한 유일한 투입이 다음 중 하나 이상이기 때문이다: 견본으로부터의 샘플, 혼합 및 혼성화를 촉진하기 위한 에너지, 및 분석 구역 내에서 혼성화된 표적 분석물의 국소화를 촉진하기 위한 자기력; 카트리지로부터의 유일한 출력은 전기 신호이다. 다양한 구체예에서, 카트리지는 하나 이상의 특정 표적 분석물을 검출하기 위해 선택된 포함된 샘플 제조 시약과 표적-분석물-특이적이다. 상이한 카트리지 타입은 상이한 표적 분석물을 확인하도록 의도된 상이한 시약을 포함한다.
카트리지(700)의 한 구체예가 도 7a-7b에 제공된다. 구체적으로, 도 7a는 고정된 구성형태로 함께 결합된 카트리지(700)의 구성요소의 다양한 비제한적 예들을 묘사한다; 도 7b는 카트리지(700)의 다양한 특징부가 강조하기 위해 조립 전 분리된 상태의 동일한 구성요소들이 묘사된다. 도시된 대로, 다양한 구체예의 카트리지(700)는 커버 구성요소(720), 내부 구성요소(730) 및 베이스 구성요소(740)로 형성된 하우징(710)을 포함한다. 조립시에 이들 구성요소는 함께 결합되어 투입 터널(712), 복수의 저장소(722) 및 분석 채널(732)을 가진 고정된 구조를 형성한다. 일부 구체예에서, 이들 구성요소는 경질 플라스틱 또는 다른 실질적으로 견고한 물질로 형성된다.
유사한 카트리지 구체예의 다양한 구성요소와 서로에 대한 구성요소의 배향이 또한 도 8의 분해조립도에 도시된다. 도시된 대로, 묘사된 구체예의 조립시, 커버 구성요소(820)는 내부 구성요소(830)의 제1 측면에 배치되고, 베이스 구성요소(840)는 내부 구성요소(830)의 제2 측면에 배치된다. 내부 구성요소(830)와 베이스 구성요소(840) 사이에 회로판 구성요소(850)가 위치되고, 내부 구성요소(830)에, 예를 들어 접착제(860)의 층으로 부착된다. 커버 구성요소(820)와 내부 구성요소(830)의 제1 측면의 특징부는 함께 투입 터널(812)과 복수의 저장소(822)를 한정하고, 내부 구성요소(830)의 제2 측면과 회로판(850)의 특징부는 분석 채널(832)을 한정한다.
다른 카트리지 구체예의 다양한 구성요소와 이러한 구성요소의 조립이 각각 도 9a-9c의 분해, 반분해, 및 비-분해 투시도에 도시된다. 도시된 대로, 카트리지(900)의 조립 동안, 제1 커버 구성요소(920)는 내부 구성요소(930)에 횡측 배치되고, 제2 커버 구성요소(940)는 내부 구성요소(930)의 반대 횡측 측면에 배치된다. 회로판 구성요소(950)는 내부 구성요소(930)에, 예를 들어 접착제의 층을 사용하여 내부 구성요소(930)의 밑면에 부착된다. 이러한 구체예에서, 내부 구성요소(930)와 회로판 구성요소(950)는 함께 제1 커버 구성요소(920)와 제2 커버 구성요소(940) 사이에 위치된다. 제1 커버 구성요소(920)와 내부 구성요소(930)의 특징부는 함께 투입 터널(912)을 한정할 수 있고, 내부 구성요소(930)의 밑면과 회로판(950)의 특징부는 분석 채널(932)을 한정할 수 있다. 일부 구체예에서, 내부 구성요소(930)는 복수의 저장소를 한정한다. 일부 이러한 구체예에서, 각 저장소는 내부 구성요소(930)의 저장소-한정 부분에 에칭, 조각, 절단, 또는 다른 방식으로 형성된 웰이다. 일부 구체예에서, 각 저장소의 개방 측면은 기체 투과성/액체 불투과성 막으로 덮인다.
도 8의 카트리지 구체예(800)를 보면, 내부 구성요소(830)의 다양한 요소가 도 10a 및 10b의 상면도 및 부분 투시도에 또한 도시된다. 묘사된 도면에서, 투입 터널(812)은 제1 저장소(824)를 카트리지(800)에 인도한다. 제2 저장소(812)와 제3 저장소(826)도 또한 제1 저장소(824)와 함께 제공된다. 각 복수의 저장소(824, 826, 828)는 저장소의 바닥부 근처에 상응하는 출구를 가지며, 이것은 미세유동 분석 채널(832)을 향해 개방된다.
당업자는 3개의 저장소가 묘사되지만, 다양한 구체예에서 복수의 저장소는 2개의 저장소 또는 4개 이상의 저장소를 포함할 수 있고, 대안적인 공간적 구성형태를 채택할 수 있음을 인정할 것이다. 어떤 및 모든 가능한 공간적 구성형태가 본원에서 분명히 고려되고 포함된다. 다른 가능한 공간적 구성형태의 예가 도 11a-11c에 제공된다. 도 11a-11c는 외부 하우징 구성요소가 제거된 카트리지 구체예의 내부 구성요소(1130)와 회로판 구성요소(1150)를 묘사한다. 묘사된 구체예에서, 저장소(1122)는 분석 채널(1132) 둘레에 클로버잎 방식으로 배향된다. 다른 구체예처럼, 투입 터널(1112)은 카트리지의 구멍(1102)에서부터 제1 저장소(1124)까지 연장되고, 분석 채널(1132)은 내부 구성요소(1130)의 벽과 회로판 구성요소(1150)의 벽에 의해서 한정된다. 추가로, 각 저장소(1122)는 저장소(1122)를 분석 채널(1132)과 연결하는 출구(1123)를 포함하고, 분석 채널(1132)은 저장소(1122)에서부터 흡수성 패드(1136)까지 연장된다. 묘사된 구체예에서, 회로판 구성요소(1150) 상의 센서(1158)가 분석 채널(1132) 내부에 위치된다. 추가로, 묘사된 구체예에서, 음파처리 요소(1121)가 포함되며, 음파처리 요소(1121)는 제이 저장소(1124)의 바닥 표면의 전체 또는 일부를 형성하도록 위치된다.
카트리지 장치와 샘플 수집 장치의 다양한 구체예에서, 예컨대 예를 들어 상기 설명된 모든 구체예에서, 카트리지의 투입 터널은 샘플 수집 장치의 전부 또는 일부를 수용하도록 구성된다. 일례가 도 11a 및 11b에 제공되는데, 이것은 도 8의 카트리지(800)와 도 4의 샘플 수집 장치(400)를 사용한다. 도시된 대로, 카트리지(800)의 투입 터널(812)은 샘플 수집 장치(400)의 전부 또는 일부를 수용할 수 있는 크기 및 모양이다. 특정 구체예에서, 수집된 샘플의 투입은 카트리지(800)로 샘플 수집 장치(400)의 전부 또는 일부를 전진시킴으로써 일어난다. 예를 들어, 도 11a 및 11b에서, 샘플 수집 장치(400)는 투입 터널(822)에 먼저 팁(430)이 활주 삽입된다. 샘플 수집 장치(400)는 샘플 수집 장치(400)의 헤드(420)의 전부 또는 일부가 제1 저장소(824) 내에 배치될 때까지 투입 터널(822)에 활주 삽입된다.
일부 구체예에서, 카트리지(800)에 샘플 수집 장치(400)의 삽입 전에, 내부 막이 투입 터널 내에 또는 투입 터널과 제1 저장소 사이에 배치된다. 내부 막(823)의 한 구체예를 도 10a에서 볼 수 있다. 내부 막은 도 10a에서 가장 잘 볼 수 있지만, 본원에서 제공된 카트리지 구체예 중 어느 것 및 전부는 또한 내부 막을 포함할 수 있다. 묘사된 대로, 내부 막(823)은 제1 저장소(824)에 대한 입구에서 또는 근처에서 투입 터널(812)의 단면적 전체를 적어도 덮는다. 일부 구체예의 내부 막(823)은 이중벽이며, 두 벽 사이에 액체의 부피를 함유한다. 막 액체는 샘플 수집 장치(400)로부터 샘플의 현탁을 촉진하고, 샘플 입자를 제1 저장소(824)로 수송하는데 도움을 준다. 상기 설명된 경쟁적 결합제 검출 방법을 이용한 구체예에서, 내부 막(823)도 경쟁적 결합제를 저장한다. 다양한 구체예에서, 투입 터널(812)에 샘플 수집 장치(400)의 삽입은 내부 막(823)을 파열시키고, 이로써 저장된 액체, 어떤 저장된 시약, 및 수집된 샘플 입자를 제1 저장소(824)로 방출한다. 다른 구체예에서, 도 13a 및 도 13b를 참조하여 아래 설명된 대로, 카트리지(800)의 내부 막(823)은 얇은 단일벽 막이다. 일부 이러한 구체예에서, 하나 이상의 분자가 막 내에 건조 저장된다.
내부 막에 대한 다른 구성형태가 도 13a 및 13b에 제공된다. 도 13a-b는 내부 막(1323)의 배치를 강조하기 위해 카트리지의 나머지 부분으로부터 제거된, 분리되어 도시된 제1 저장소(1324)(제1 저장소(724 또는 824)와 유사하다)의 상면도 및 투시도를 도식적으로 표현한다. 묘사된 구체예에서, 내부 막(1323)은 제1 저장소(1324)의 외벽에 배치된다. 이러한 막(1323)은 투입 터널 내에 또는 투입 터널과 제1 저장소(1324) 사이의 공간 내에 있을 것이다. 내부 막(1323)은 샘플 투입 구멍(1321)에의 진입을 차단하며, 이로써 제1 저장소(1324) 내에 저장된 액체가 저장소로부터, 예를 들어 투입 터널로 누출되는 것을 방지한다. 일부 이러한 구체예에서, 내부 막(1323)은 다양한 분자(1319), 예컨대 예를 들어 도 1에서 150으로 묘사된 경쟁적 결합제 또는 신호화제를 건조 저장한다.
투입 터널의 다양한 구체예에서, 터널은 다양한 구체예의 샘플 수집 장치의 기능적 구역들 및 특징부들에 상보적인 복수의 기능적 구성요소를 포함한다. 이러한 기능적 구성요소가 도 14의 블록 다이어그램에 도식적으로 표현된다. 이들 구성요소는 기능적으로 설명되므로 당업자는 구성요소가 많은 물리적 형태를 취할 수 있음을 인정할 것이다. 어떤 적합한 물리적 형태가 본원에서 고려되고 포함된다. 묘사된 대로, 다양한 구체예에서, 투입 터널(1400)은 샘플 수집 장치가 터널로 진입할 수 있게 하는 개구를 제공하는 진입 포트 구역(1410); 제1 저장소를 향해 축을 따라 수집 장치를 보내면서 축을 따르지 않는 움직임은 제한하기 위한 안내 구역(1420); 두 장치 사이의 확실한 고정된 결합을 달성하기 위해 샘플 수집 장치 상의 로킹 구역을 보완하기 위한 기계적 특징부를 가진 로킹 구역(1430); 두 구조 사이에 액밀 시일을 달성하기 위해 샘플 수집 장치 상의 밀봉 구역을 보완하기 위한 기계적 특징부를 가진 밀봉 구역(1440); 및 제1 저장소로부터 누출을 방지하기 위해 막이 고정된 막 구역(1450) 중 하나 이상을 포함한다. 제1 저장소(1460)가 또한 제공되며, 마찬가지로 이것은 투입 채널(1400)의 원단부를 형성할 수 있다.
기능적 구역들이 확실하게 표시된 투입 터널(1500)의 한 구체예가 도 15a-15c에 제공된다. 도시된 대로, 투입 터널(1500)은 내부 구성요소(1501)에 의해 적어도 부분적으로 한정된다. 투입 터널(1500)은 샘플 수집 장치가 터널(1500)로 진입할 수 있게 하는 구멍(1510); 제1 저장소를 향해 축을 따라 수집 장치를 보내기 위한, 샘플 수집 장치의 횡측 움직임을 제한하는 직경을 가진 신장부(1520); 샘플 수집 장치를 보완하고 고정 결합하기 위한 기계적 특징부를 가진 로킹 구역(1530); 내부 터널(1500)과 샘플 수집 장치 사이의 액밀 시일의 달성을 돕는 좁아진 직경, 개스킷 및/또는 다른 기계적 특징부를 가진 밀봉 구역(1540); 및 막(1550)을 포함한다. 또한, 복수의 저장소(1560)를 볼 수 있다. 터널(1500)에 수집 장치의 투입을 막는 압력을 생성할 수 있는 공기의 치환을 허용하는 환기구(1570)가 또한 투입 터널(1500) 내부에 제공된다.
상기 언급된 대로, 카트리지의 다양한 구체예는 샘플 수집 장치의 삽입 전에 액체가 제1 저장소로부터 투입 터널로 유동하는 것을 방지하는 막을 포함한다. 이러한 구체예에서, 샘플 수집 장치는 제1 저장소로 전진하면서 내부 막을 파열시킨다. 특정 구체예에서, 샘플 수집 장치가 파단점까지 막을 민 순간 또는 실질적으로 그 순간 두 사건이 일어났다: (1) 가요성 특징부, 예컨대 예를 들어 수집 헤드의 베이스에 있는 고무 개스킷 또는 어떤 다른 적합한 물질의 개스킷이 막을 둘러싼 구조 하우징 특징부와 액밀 시일을 형성하기 위한 위치로 이동한다, (2) 샘플 수집 장치의 샤프트가 카트리지의 투입 터널 내에서 적절히 맞물리는 장소까지 전진한다. 로킹은, 예를 들어 상보적 홈과 릿지, 홈과 이, 또는 다른 상보적 특징부를 샘플 수집 장치의 샤프트와 주변 투입 터널 사이에 제공함으로써 달성될 수 있다. 투입 터널 내부의 구조적으로 교합된, 고정된 구성형태로 진입함으로써 다양한 구체예의 샘플 수집 장치는 제자리에 유지될 수 있고, 막의 파열 동안 수집 헤드에 발휘되는 압력을 견딜 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 이러한 구성형태는 사용자가 카트리지를 우연히 개방하는 것을 방지함으로써 사용 후 카트리지의 편리한 폐기를 증진시키며, 이로써 카트리지의 잠재적으로 생물유해성인 성분에의 노출을 방지한다.
도 16a-c는 도 15a-c의 투입 터널 구체예 내부에서 맞물려 교합된 샘플 수집 장치의 일례를 묘사한다. 묘사된 예에서, 샘플 수집 장치는 도 6의 샘플 수집 장치(600)이다. 도 16b에 도시된 대로, 맞물린 위치에서, 샘플 수집 장치(600)의 샤프트와 주변 투입 터널(1500) 상의 상보적 특징부(630, 1530)가 교합되고, 도 16c에 도시된 대로 맞물린 위치에서 막(1550)이 파열되며, 수집 장치(1500) 상의 밀봉 메커니즘(1540)이 투입 터널(600)의 밀봉부(620)와 시일을 형성했다. 묘사된 구체예에서, 투입 터널(1500)의 밀봉부(1540)는 좁아진 직경을 가진 터널 부분을 포함하고, 수집 장치의 밀봉부(620)는 개스킷을 포함한다.
다른 예로서 도 12a 및 12b를 보면, 카트리지(800)에 샘플 수집 장치(400)의 삽입 동안 샘플 수집 장치(400)는 제1 저장소(824)로 전진하면서 내부 막(823)을 파열시킨다. 다양한 구체예에서, 샘플 수집 장치(400)의 팁(430)은 팁(430)에 의해 바로 뚫리는 것보다 내부 막(823)이 변형되고, 이어서 제어된 파열 지점에서 파열하는 것을 보장하기 위해 무디다.
원하는 파열 특징과 원하는 파열 지점을 가진 내부 막, 예컨대 예를 들어 내부 막(823)을 얻기 위해, 다양한 구체예에서, 내부 막은 바람직한 탄성률, 항복점 및/또는 파열 지점을 갖도록 주의 깊게 선택된 물질로 형성된다. 탄성률은 물질의 탄성도를 특정하는 상수로서, 막이 그것의 원래 모양으로 여전히 되돌아가면서 신축될 수 있는 최대를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 이 지점을 항복점이라고 칭한다. 항복점을 넘으면 물질은 가소성을 나타내고, 비가역적 변형을 겪는다. 항복점을 넘은 다른 임계 지점을 파단점이라고 한다. 파단점은 막이 망가지거나 파괴되는 때이다. 구체예에 바람직한 특정 탄성률은 샘플 수집 장치 팁의 크기와 모양에 따라 변하며, 상기 팁이 내부 막 위에 압력을 발휘한다. 선택된 막 물질은, 예를 들어 폴리우레탄, 폴리실리콘 및 폴리부타디엔, 니트릴, 또는 다른 탄성 물질이나 이들의 복합체를 포함할 수 있다. 변형가능한 막을 위한 다른 적합한 물질은, 예를 들어 파라필름, 라텍스, 호일 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함한다.
다양한 구체예에서, 수집 헤드(420)의 크기, 팁(430)의 모양, 내부 막 물질의 파단점, 및 상보적 로킹 특징부의 위치는 서로 고려하여 선택된다.
한 구체예에서, 상보적 로킹 특징부는 투입 터널에 방사상 배치된 양각 홈(즉, 릿지 또는 다른 돌출부)과 샘플 수집 장치의 샤프트 상에 방사상 배치된 음각 홈 또는 다른 상보적 함몰부를 포함한다. 방사상 배치는, 샘플 수집 장치(400)의 방사상 배향과 무관하게, 투입 터널(812)에 샘플 수집 장치(400)의 삽입을 허용한다. 다른 구체예에서, 하나 또는 복수의 비-방사상 상보적 교합 특징부가 제공될 수 있다. 일부 구체예에서, 교합 특징부는 샤프트(410)의 교합 특징부가 투입 터널(812)의 교합 특징부에 대해 이동할 때 교합 특징부 중 하나 또는 둘 다가 가역적으로 압축되거나 후퇴되고, 샤프트(410)가 고정된 교합 위치로 진입할 때는 이들의 초기 위치로 되돌아가도록 구성된다. 이러한 구조는 샘플 수집 장치(400)의 어떤 추가의 전진 또는 후진 횡측 이동을 방지한다. 이러한 구조는 샘플 수집 장치가 완전히 정확히 삽입되었다는 촉각적 확인을 사용자에게 제공한다; 추가로, 투-웨이 로크는 파열/밀봉 메커니즘에 구조적 지지를 제공한다. 카트리지(800)로부터 샘플 수집 장치(400)의 의도치 않은 우연한 제거를 방지함으로써 샘플과 접촉할 위험이 최소화된다. 따라서, 생물유해성 위험이 최소화된다. 이러한 구조는 보통의 쓰레기통에 시스템의 용이한 폐기를 허용한다.
카트리지(800) 내부에서, 일부 구체예의 투입 터널(812)이 카트리지(800)의 표면에 있는 구멍에서부터 제1 저장소(824)까지 연장된다. 묘사된 구체예에서, 복수의 저장소는 제1 저장소(824), 제2 저장소(828) 및 제3 저장소(826)를 포함한다. 다른 구체예에서, 단지 2개 또는 4개 또는 그 이상의 저장소가 존재할 수 있다. 이들 저장소(822)는 각각 서로 분리되며, 저장소 내에서 이들의 내용물의 교차 혼합이 일어나지 않는다. 도 10a-10b의 상면도 및 투시도에서 볼 수 있는 대로, 각 복수의 저장소(822)는 적어도 때로 저장소 출구의 방식를 거쳐서 미세유동 분석 채널(832)과 유체 연결된다. 특정 구체예에서, 각 저장소의 바닥 "플로어" 또는 바닥 내부 표면은 평평하지 않고, 오히려 출구를 향해 아래쪽으로 각져 있으며, 저장소와 분석 채널(832)의 교차점은 최저 높이 또는 최고 깊이에 위치된다. 일부 구체예는 모든 저장소 내용물의 분석 채널(832)로의 유동을 자극하는 것에 도움을 주며, 이로써 데드 볼륨을 최소화한다. 다양한 구체예에서, 각 저장소 출구는 거기에 배치된 밸브를 가지고(예컨대 예를 들어, 밸브(825, 827, 829)), 이들은 출구를 완전히 밀봉하여 사용 전에 액체가 저장소로부터 분석 채널(832)로 유동하는 것을 방지한다. 사용중에는, 아래 더 상세히 설명된 방법에 따라서, 복수의 밸브는 각각의 복수의 저장소(822)로부터 내용물이 분석 채널(832)로 순차적으로 유동할 수 있도록 타이밍 방식으로 개방될 수 있다.
묘사된 구체예에서, 제1 저장소(824)는 가장 먼 하류에서 투입 채널(822)에 가장 가까이 있다. 이런 디자인에 의해 샘플 수집 장치(400)의 삽입시 헤드(420)가 제1 저장소로 진입한다. 제1 저장소(824)는 상기 설명된 샘플 제조 시약과 제1 액체로 적어도 부분적으로 충전된다. 본 개시 안에서 용어 "제1 저장소" 및 "샘플 제조 저장소"는 상호 교환하여 사용될 수 있다. 다양한 구체예에서, 샘플 수집 장치(400)가 제1 저장소(824)에 진입한 때, 제1 저장소(824)는 샘플에 만약 존재한다면 하나 이상의 표적 분석물을 포함해서 샘플 입자로 더 충전된다. 추가로, 다양한 구체예에서, 샘플 수집 장치(400)가 제1 저장소(824)에 진입한 때, 액체가 부드럽게 혼합되어 저장소 내에서 입자들이 현탁되고 혼성화된다. 일부 구체예에서, 샘플의 표적 분석물들이 혼성화하고, 적어도 샘플 제조 시약 중에 존재하는 자성 입자 및 친화성 분자에 결합하여 자성 입자-결합된 복합체를 형성한다. 제1 밸브가 개방된 때, 제1 저장소(824)의 액체는 수송 매질로 작용하여 자성 입자-결합된 복합체와 다른 입자가 제1 저장소(824)로부터 분석 채널(832)로 유동하도록 한다. 유익하게, 제1 저장소(824) 내에서 혼합 매질 및 저장 매질로 사용되는 액체도 또한 제1 저장소(824)의 내용물을 펌프의 필요 없이 분석 채널(832) 내부의 분석 구역으로 수송하기 위한 유동 매질로서 작용한다.
전부는 아니며 일부 구체예에 존재하는 제2 저장소(828)는 세척 용액으로 적어도 부분적으로 충전된다. 본원에서 사용된 용어 "제2"는 카트리지(800) 내에서 저장소의 위치가 아니라 저장소로부터의 용액이 분석 채널(832)로 방출되는 순서를 말한다. 제2 저장소(828)는 다양한 구체예에서 가장 먼 상류에 위치된다. 이러한 구체예에서, 상응하는 제2 밸브(829)가 개방된 때, 세척 용액이 제2 저장소(828)로부터 분석 채널(832)로 유동하고, 이로써 분석 채널(832)로부터 모든 또는 실질적으로 모든 미결합 검출제 및/또는 미결합 경쟁적 결합제를 제거한다. 최외각 상류 저장소에 세척 용액을 위치시키는 것은 샘플 제조 저장소(824)로부터 모든 자유 부유하는 미결합 분자가 분석 채널(832)로부터 세척되는 것을 보장하며, 어떤 유의한 비-특이적 결합이 분석 채널(832)의 분석 구역 내에서 일어날 가능성을 감소시킨다.
제3 저장소(826)는 제1 저장소(824)의 상류에, 예를 들어 제1 저장소(824)와 제2 저장소(828) 사이에 위치된다. 제3 저장소(826)는 용액 중의 화학적 기질로 적어도 부분적으로 충전된다. 다양한 구체예에서, 제3 저장소(826)의 용액은 제1 저장소(824)로부터의 신호화제의 존재하에 반응을 겪는 기질을 포함한다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 제3 저장소(826)의 기질은 제1 저장소(824)로부터의 산화 효소의 전재하에 산화 반응을 겪는다. 다양한 구체예에서, 제3 밸브(827)가 개방된 때, 제3 저장소(826)로부터의 액체는 화학적 기질이 제3 저장소(826)로부터 분석 채널(832)로 유동하도록 하는 수송 매질로 작용한다.
다양한 구체예에서, 액체는 각 복수의 저장소(822)로부터 분석 채널(832)로 유동하고, 모세관 작용의 결과로서 분석 채널 내에서 하류 방향으로 유동을 계속한다. 특정 구체예에서, 각 저장소로부터 분석 채널로 비워지는 액체를 공기가 대신하도록 허용하기 위하여 각 저장소 내에 또는 위에 환기구가 제공된다. 적절한 환기가 없을 때 유체는 카트리지 내에서 유동하지 않을 수 있다. 일부 구체예에서, 환기구는 공기 투과성 막, 예컨대 예를 들어 PTFE 막을 복수의 저장소 위에 배치함으로써 형성된다. 일부 이러한 구체예에서 카트리지 하우징의 커버 구성요소의 적어도 일부가 PTFE로 형성될 수 있고, 다른 구체예에서 저장소 위의 커버 구성요소에 개구가 제공될 수 있으며, 이것이 PTFE 막으로 밀봉된다. 유익하게, 공기 투과성이지만 액체 투과성은 아닌 PTFE 막과 같은 막은 액체가 저장소로부터 분석 채널로 배액되는 것을 허용하면서 액체 누출을 방지하기 위해 각 저장소의 상부를 밀봉하기 위한 수단을 제공한다. 추가로, 하나 이상의 환기구(835, 836)가 분석 채널의 전체 또는 일부 위에 제공될 수 있고, 이것은 액체가 채널로 유동함에 따라 교체된 공기가 환기되는 것을 허용한다. 기포는 미세유동 시스템의 주요 문제이다. 이 문제는 일부 구체예에서 환기구의 전략적 배치에 의해 상쇄되는데, 이것은 기포의 수동적 탈기를 허용한다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 미세유동 채널의 상부측의 전체 또는 일부가 (카트리지의 내부 구성요소의 내부에서) PTFE 막 또는 다른 공기 투과성 막으로 대체된다. 이러한 구체예에서, 막은 대부분의 채널의 천장을 형성한다. 막의 기공 크기는 변할 수 있으며, 0.1 마이크론 내지 3 마이크론 직경의 기공을 포함하도록 선택될 수 있다. 일부 이러한 구체예에서, 막은 채널 위 및/또는 저장소 위에서 접착제로 밀봉된다.
조립 동안 카트리지 내부에 공기 투과성 막의 부착은 어떤 적합한 제조 과정을 사용하여 달성될 수 있다. 일부 구체예에서, 접착제가 막의 바닥 측면에 적용되고, 막은 분석 채널의 바닥 벽에 테이핑된다: 채널의 바닥 벽은 회로판 구성요소의 표면으로 형성된다. 다음에, 하나 이상의 환기구를 통해 공기를 밀어넣음으로써 진공이 적용된다; 진공은 막을 상승시켜 막의 접착제 부분이 분석 채널의 측벽과 접촉하여 접착제 시일을 형성하도록 한다. 실제로, 막은 적용된 진공과 접착제의 사용을 통해 적절히 흡입되어 분석 채널의 측벽에 접합될 것이다.
분석 채널에서 모세관 유동을 촉진하기 위해, 다양한 구체예에서, 채널의 내부 표면은 친수성이 되도록 제조된다. 본원에서 사용된 "친수성"은 물과의 접촉면적을 최대화하는 표면 및/또는 분자에 대한 친화성을 말한다. 친수성 표면은 물의 소적의 접촉각이 90도 미만인 것이다. 본원에 설명된 일부 구체예에서, 60도 미만의 접촉각을 가진 표면이 달성된다. 본원에서 사용된 "모세관 유동" 또는 "모세관 작용"은 유체 및 채널의 적어도 두 물리적 특성에 의해서 유도된 유동 채널을 따른 유체의 이동을 말한다. 물리적 특성은 채널의 표면과 접촉하는 유체의 분자의 친수성 밀착, 및 채널의 친수성 표면에 가장 가까운 분자가 채널 표면을 따라 전파함에 따라 유체의 벌크를 인출하는데 도움을 주는 액체 바디 내 분자내 응집력이다.
다양한 구체예에서, 분석 채널은 둘 이상의 벽에 의해 한정되고, 이러한 표면의 일부 또는 전체는 친수성이 되도록 제조된다. 일부 구체예에서, 분석 채널은 카트리지의 내부 구성요소에 형성된 제1 반원 벽, 및 카트리지의 회로판 구성요소의 표면으로 형성된 제2 벽을 포함한다. 다른 구체예에서, 예컨대 예를 들어 도 17a에서 분석 채널의 단면도에 의해서 묘사된 구체예에서, 분석 채널(1732)의 벽은 카트리지의 내부 구성요소(1730)에 조각, 에칭, 또는 다른 방식으로 형성된 3개의 벽과 회로판 구성요소(1750)의 표면으로 형성된 네 번째 벽을 포함한다.
친수성 벽을 가진 분석 채널을 생성하기 위해서 다양한 물질 또는 표면 화학 변형이 사용될 수 있다. 예를 들어, 내부 구성요소(1730)와 내부 구성요소(1730)로 형성된 분석 채널 벽은 도 17a에 도시된 대로 열가소성 소지로부터 제조될 수 있다. 이러한 구체예는 또한 도 17b에 묘사된다; 도 17b에는 내부 구성요소(1730)를 회로판 구성요소(1750)와 결합시켜 분석 채널(1732)을 형성하는 접착층(1760)이 또한 도시된다. 다른 예로서, 예컨대 예를 들어 도 17c에 제공된 구체예에서, 분석 채널(1732)의 벽을 형성하는 표면을 포함하여 내부 구성요소(1730)의 하나 이상의 표면은 폴리에틸렌 글리콜(PEG)이 거기에 접합하도록 표면을 활성화하기 위해서 플라즈마 처리에 의해서 매개된 페그화 접목을 거칠 수 있으며, 이것은 친수성 및 단백질-내성 변형된 표면(1731)을 만든다. 추가로, 일부 구체예에서, 상업적으로 이용가능한 횡측 유동 타입 막이 채널 내에 심지 물질을 제공하기 위해 채널 내부에 배치될 수 있다.
상기 설명된 대로, 일부 구체예에서, 카트리지는 분석 채널로부터 기체를 환기시키기 위한 수단을 포함한다. 도 17d 및 17e에 도시된 대로, 일부 구체예에서, 기체를 환기시키기 위한 수단은 하나 이상의 환기구(1736)를 포함하며, 이들은 내부 구성요소(1730) 내에 작은 홀들로 형성된다. 일부 구체예에서, 환기구(1736)를 한정하는 벽은 소수성이고, 홀은 분석 채널(1732) 내의 수성 액체가 환기구(1736)로부터 밀려나 누출되지 않게 될 만큼 충분히 작다. 도 17f에 도시된 대로, 다른 구체예에서, 내부 구성요소(1730)에 의해서 한정된 기포 바이패스 세그먼트(1733)가 분석 채널(1732)의 상부 부분에 제공된다. 기포 바이패스 세그먼트(1733)는 분석 채널 내의 액체가 채널(1732)의 하부 주 세그먼트 내에 유지되면서 기체는 기포 바이패스 세그먼트(1733)를 통해서 유동하는 것을 허용하는 크기 및 위치이다. 일부 구체예에서, 기포 바이패스 세그먼트(1733)는 2개의 환기구(1736) 사이에 제공되며, 방출을 위해 분석 채널로부터 환기구(1736)로 기체를 수송하도록 작용한다.
다른 구체예에서, 분석 채널(1732)로부터 기체를 환기시키기 위한 수단은 통기성 막, 예컨대 PTFE를 포함하며, 이것은 내부 구성요소(1730)로 달리 형성된 하나의 분석 채널 벽을 대체한다. 한 이러한 구체예가 도 17g에 묘사되는데, 여기서 분석 채널(1732)의 상부 벽이 통기성 막(1735)으로 대체된다. 환기를 위해 통기성 막(1735)을 가진 일부 구체예에서, PTFE와 같은 일부 통기성 물질은 소수성이기 때문에 막(1735)의 예비습윤이 필요할 수 있다. 별도의 예비습윤 단계에 대한 필요를 제거하기 위해, 구조적 예비습윤이 일부 구체예에서 이용될 수 있다. 한 이러한 구체예가 도 17h에 묘사된다. 도시된 대로, 통기성 막(1735)을 "구조적으로 예비습윤"하기 위해, 친수성 물질의 레일(1737)이 제공될 수 있으며, 이것은 통기성 막의 길이만큼 전개된다. 이러한 레일(1737)은, 예를 들어 저장소로부터 분석 채널(1732)로 및/또는 분석 채널(1732)의 길이를 따라 레일을 따른 액체의 유동을 촉진한다. 친수성 레일(1737)은 막의 소수성 저항을 극복하는데 도움을 준다. 이들 레일(1737)은 다수의 방식으로 형성될 수 있고, 막 천장(1735)의 길이에 걸쳐 얇은 플라스틱 레일을 포함하도록 구성된다. 일부 구체예에서, 막 위에 직접 배치된 접착제가 레일을 형성할 수 있다; 다른 구체예에서, 레일은 분석 채널(1732)의 길이만큼 전개할 수 있는 친수성 표면 변형을 야기하는 막의 패턴화된 표면 변형에 의해서 형성될 수 있다.
추가로, 아래 더 상세히 설명된 대로, 일부 구체예에서, 하나 이상의 센서가 분석 채널(1732) 내부의 회로판 구성요소(1750) 상에 배치된다. 도 17d-17i에 묘사되고 도 17i에 구체적으로 확인된 대로, 센서(1758)는 금 또는 다른 전도성 금속으로 형성될 수 있고, 도 18a를 참조하여 아래 설명된 대로, 추가의 표면 화학 변형(1757)을 포함할 수 있다. 본원에 설명된 다양한 카트리지 구체예에서, 예컨대 예를 들어 도 7a-b의 카트리지(700)와 도 8의 카트리지(800)에서, 분석 채널(732/ 832)은 도 17a-17i 중 어느 것에 설명되고 및/또는 묘사된 특징부 또는 당업자에게 알려진 어떤 다른 특징부 중 어느 것 또는 전부를 포함할 수 있다.
추가로, 분석 채널에서 모세관 작용을 통한 유동을 촉진하기 위하여, 다양한 구체예에서, 분석 채널의 하류 최단부에 흡수성 물질이 제공된다. 흡수성 물질의 일례는 흡수성 패드(834)의 형태이며, 도 10a에서 볼 수 있다. 흡수성 물질 또는 패드(834)는 분석 채널(832)로부터 액체를 운반하며, 이로써 흡수성 패드(834)까지 하류로 유동하도록 액체를 자극한다. 일부 구체예에서, 흡수성 패드(834)는 폐기물 용기로서 작용하며, 분석 채널(832)을 통해 유동된 모든 폐기 액체와 폐기 입자를 수거한다. 다양한 구체예에서, 흡수성 패드의 크기 및 흡수성 정도는 분석 채널(832) 내에서 액체 및 입자의 유동을 계량할 수 있도록 선택된다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 흡수성 패드(834)가 운반할 수 있는 액체의 부피는 제1 (샘플 제조) 저장소(824) 및 제2 (세척) 저장소(828)로부터 모든 액체를 배액하고, 제3 (기질) 저장소(826)로부터 화학적 기질을 지닌 액체를 인출할 수 있을 만큼 충분히 커야 한다. 이러한 조건은 흡수성 하한으로 작용할 수 있다. 추가로, 상한으로 작용하는 것은, 화학적 기질이 분석 구역 내에서 국소화된 신호화제와 반응할 수 있는 시간을 갖도록, 화학 기질을 지닌 액체의 유동이 분석 채널(832)의 분석 구역에서 지연되거나 중단되어야 한다는 요건이다.
예를 들어 도 7b, 8, 및 11a-c에 분명히 도시된 대로, 다양한 구체예의 카트리지는 또한 인쇄회로기판(750, 850, 및 1150)을 포함하며, 이들은 각각 본원에서 회로판 또는 회로판 구성요소라고 언급된다. 회로판 구성요소는 카트리지의 내부 구성요소에 결합된다. 도 7b의 회로판 구성요소(750)는 도 18a-18b에서 분리되어 제공된다. 회로판 구성요소(750)는 전기 구성요소, 예를 들어 레지스터, 전기 리드(754), 바이어스(756), 및 표적 분석물의 검출을 위해 필요한 센서(758) 중 하나 이상을 포함한다. 별도로 설명되지만 회로판 구성요소(750)의 전기 구성요소가 별도의 구조 요소일 필요는 없다. 하나 이상의 전기 구성요소 및/또는 회로는 본원에 설명된 다양한 구성요소의 일부 또는 모든 역할을 수행할 수 있다. 일부 구체예에서, 레지스터는 특유의 식별 태그로서 제공되며, 이것은 리더 장치(아래 더 상세히 설명된다)가 카트리지 타입을 구별할 수 있도록 한다. 레지스터는 소형 표면 장착 레지스터, 저항성-잉크 기반 저항 요소, 또는 리더가 레지스터를 "판독"하여 카트리지 타입을 확인하도록 하는 어떤 다른 저항 요소를 포함할 수 있다. 본원에서 사용된 카트리지는 그것이 상이한 표적 분석물의 검출을 위해 구성된 경우 "카트리지 타입"이 상이하다. 다른 구체예에서, 카트리지 타입을 식별하는 상이한 비-저항성 수단이 이용된다.
아래 더 상세히 설명된 대로, 전기적 접속과 리더 장치와의 연속성을 제공하기 위해 다양한 구체예의 전기 리드(754)가 제공된다. 도 18b에 도시된 대로, 전기적 리드(754)는 바이어스(756)에 전기적으로 결합되어, 리더 장치에 의해서 활성화되었을 때 이러한 구성요소들에 전기 전류를 제공한다. 바이어스는 인쇄회로기판 상의 표준 제품이며, 전형적으로 회로판의 하나의 층에 있는 신호 흔적이 다른 층에 전기적으로 연속되는 것을 가능하게 하기 위해 사용된다. 바이어스는 다중층들을 통한 전기적 연속성을 제공한다. 이러한 바이어스는 우수한 열 전도체이다; 이들은 대부분의 회로판을 포함하는 주변 물질이 우수한 열 절연체이기 때문에 주변 영역에 영향 없이 매우 정확한 장소에 열을 전달할 수 있다. 따라서, 다양한 구체예에서, 복수의 바이어스(756)가 회로판 구성요소에 제공되고, 각각의 바이어스(756)는 밸브 작동 요소를 생성하기 위해 저장소 출구에 배치된 상-교환가능한, 열-작동 밸브 아래에, 위에, 또는 인접하여 배치된다. 바이어스(756)와 관련된 열 전달의 정확성은 서로 근접 위치된 밸브들 사이에 최소한의 혼선을 허용한다; 따라서, 밸브 작동 타이밍이 각 밸브에 대해 주의 깊게 제어될 수 있다. 일부 구체예에서, 밸브는 왁스, 예를 들어 친수성 왁스로 형성되고, 바이어스(756)는 리더 장치에 의해서 제어된 대로 정확한 시점에 왁스를 용융시키는 열의 전도체로 작용한다. 하나 이상의 가열 요소가 열을 생성하며, 이것은 왁스가 용융될 필요가 있을 때 정확한 장소에 전도될 수 있다. 저장소의 출구에 배치된 왁스 밸브의 용융시에 출구는 더 이상 막히지 않고, 저장소는 개구를 가지며, 이것을 통해서 그것의 유체 내용물이 분석 채널로 배액된다. 일부 구체예의 가열 요소는 회로판 구성요소의 일부를 형성한다. 예를 들어, 도 18b의 구체예에서, 가열 요소는 바이어스(756)의 주변을 둘러싼, 회로판 구성요소(750)의 바닥 측면 상에 위치된 사문형 흔적(755)으로 나타난 저항 가열 요소이다. 다른 구체예에서, 가열 요소는, 예를 들어 리더 상에, 카트리지의 외부에 위치된다. 저항 가열 요소가 사용되는 다양한 구체예에서, 열을 생성하기 위해 전류가, 예를 들어 트랜지스터의 작동을 통해서 저항 가열 요소를 통해 흐르는 것이 허용된다. 저항 가열 요소를 통과한 전류는 줄(Joule) 가열을 통해 열을 생성한다. 열은 저항 가열 요소와 바이어스 사이의 물리적 접촉으로 인해 바이어스에 전도된다. 다양한 구체예에서, 열은 이후 바이어스를 통해서 왁스 장벽으로 전도되고, 예를 들어 왁스의 용융과 같은 상전이가 발생한다.
정확한 타이밍에 왁스의 전체 용융을 보장하기 위해서, 다양한 구체예에서, 왁스 밸브는 저장소의 출구 내에 주의 깊게 구성된다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 왁스 밸브는 저장소의 출구를 막는데 필요한 최소 높이를 갖는 것이 바람직하다; 최소한의 높이는 왁스의 용융을 위해 열이 이동해야 하는 거리를 최소화한다. 이러한 특징을 가진 왁스 장벽을 실현하기 위한 방법의 일례는 용융된 왁스에 예열된 바이어스를 적용하는 것을 포함한다. 유익하게, 바이어스가 예열될 때는 실온 바이어스에 비해서 왁스 밸브가 고화하는데 더 오래 걸린다; 따라서, 왁스는 경화 전에 바깥쪽으로 평탄하게 확장할 수 있는 더 많은 시간을 가진다. 왁스의 "팬케이크화"는 높이를 최소화하는데 바람직하며, 이것은 밸브의 적절한 용융 작동의 기회를 최대화할 것이다. 추가로, 바이어스의 가열은 왁스와 바이어스 사이에 더 높은 수준의 접촉면적을 촉진하며, 이로써 왁스의 더 많은 비율이 열을 경험하여, 적절한 밸브 작동의 기회를 또한 최대화한다. 왁스의 부착 전에 바이어스를 가열하는 방법은 다음의 방법과 함께 더 증진된다: 저장소의 개구가 바이어스 상에 정렬되어 용융된 왁스가 예열된 바이어스에 적용될 때 저장소의 바닥에 있는 개구가 바이어스에 공간적으로 근접하게 되어, 이로써 왁스가 경화할 때 왁스는 저장소의 다수의 내벽과 바이어스 자체에 동시에 밀착한다. 이것은 저장소로부터 액체의 의도치 않은 유동일 일어나지 않도록 분석 채널에서 개구를 완전히 막는 무손상 밸브의 제조 수율을 증진시키는데 유익하다.
밸브(825)의 한 구체예의 단면도가 도 19에 제공된다. 밸브(825)는 카트리지(800)의 저장소(824)의 바닥에 있는 출구 내에 위치된다. 도 19에 묘사된 대로, 저장소(824)는 내부 구성요소(830)의 벽에 의해서 한정된다. 일부 구체예에서, 출구는 내부 구성요소(830)의 바닥벽 내의 구멍으로 형성된다. 다양한 구체예에서, 회로판 구성요소(850)는 내부 구성요소(830) 아래에 배치되며, 접착제(860), 예를 들어 유체의 모세관 유동을 지지하도록 친수성일 수 있는 양면 접착 테이프의 사용에 의해서 내부 구성요소(830)에 고정된다. 다양한 구체예에서, 밸브(825)는 열-감응성, 상-변화가능한 물질, 예컨대 예를 들어 친수성 왁스로 형성된다. 작동 전에 밸브(825)의 왁스 또는 다른 열-감응성 물질은 고체나 반고체 상태이고, 액체가 저장소(824)로부터 분석 채널(832)로 빠져나갈 수 없도록 출구의 전체 단면을 충전할 수 있는 크기 및 모양이다. 묘사된 대로, 일부 구체예의 열-작동 밸브(825)는 바이어스(856) 또는 다른 국소화 열-전도 요소 위에 직접 정렬된다. 이러한 정렬은 열의 국소 적용이 어떤 이웃한 밸브의 상변화를 야기하지 않고 밸브(825)의 상변화를 유도하는 것을 허용한다. 다양한 구체예에서, 상변화는 열-감응성 물질이 더 이상 출구의 전체 막힘을 야기하지 않고, 대신에 저장소(824)의 액체가 분석 채널(832)로 유동하는 것을 허락하도록 열-감응성 물질을 용융시키거나 변형시킨다.
일부 구체예에서, 액체가 분석 채널로 유동하는 것을 방지하기 위해 저장소의 개구를 막는, 바이어스에 배치된 왁스 물질은 바람직하게 헥사데칸올 또는 옥타데칸올과 같은 친수성 물질이다. 이것은 유익하게 밸브 작동 후 분석 채널의 어떤 영역 내에서 경화된 어떤 왁스 조각들이 액체의 유동을 막기보다는 통과하도록 촉진한다. 이들 물질은 또한 바람직하게 50 내지 100℃의 용융 온도를 가지며, 이것은 배터리-조작 장치에 대해 합당한 파워-소비하의 작동을 허용하고, 일반적 취급 및 저장 환경 및/또는 음파처리 프로토콜 동안에는 비작동 상태를 유지한다. 일부 구체예에서, 바이어스에 배치된 왁스의 양은 액체 상태에서 1 마이크로리터 미만이고, 일부 이러한 구체예에서 그 양은 0.5 마이크로리터 이하이다. 적어도 일부 구체예에서, 분석 채널의 어떤 막힘을 감소시키고 가열이 적용될 때 전체 밸브 작동을 최대화하기 위하여 가능한 적은 왁스를 사용하는 것이 바람직하다. 일부 구체예에서, 밸브는 또한 일정한 밸브 작동을 위해 일정한 열 프로파일이 바이어스에서 달성되는 것을 허용한다.
일부 비제한적 구체예에서, 저장소의 바닥에 있는 출구는, 예를 들어 도 20a 또는 도 20b에 묘사된 것과 같은 크기 및 모양이다. 도 20a에서, 각 저장소의 바닥에 있는 밸브 개구/출구는 분석 채널과 유체 연통되는 반원으로 묘사된다. 일부 이러한 구체예에서, 반원은 대략 1mm의 직경을 가지며, 이것은 저장소의 유체가 분석 채널로 다시 진입하는 것을 억제하기에 필요한 왁스의 양을 감소시키는 것을 도울 수 있는 크기이다. 다르게는, 도 20b는 바운더리 연장부를 가진 반원으로 형성된 출구를 묘사한다. 일부 이러한 구체예에서, 바운더리 연장부는 0.1mm 내지 1mm의 길이를 가진다. 도 20a와 비교하여, 도 20b의 바운더리 연장부는 분석 채널로 진입하기 전에 위에서 고화시키기 위해 밸브 작동 과정 동안 용융된 왁스에 더 큰 표면적을 제공함으로써 적절한 밸브 작동 및 유동을 증진시킬 수 있다. 이러한 구성형태는 분석 채널로 진입하는 왁스량을 감소시킬 수 있다. 유사하게, 밸브 구성 동안 반원 개구로부터의 연장부는 증가된 면적을 허용하고, 이로써 왁스는 분석 채널의 막힘 없이 경화될 수 있다.
도 18a을 보면, 전기 리드(754)가 또한 센서(758)에 전기적으로 결합된다; 이러한 전기적 접속은 센서(758)에 의해서 검출된 신호가 처리를 위해 리더 장치로 이송되는 것을 허용한다. 다양한 구체예에서, 센서(758)와 이들 위의 분석 채널의 영역은 본원의 다른 곳에서 언급된 "분석 구역"을 형성한다. 센서(758)는 회로판(750)이 분석 채널(732)의 하나의 벽을 형성하는 회로판(750)의 표면과 함께 조립된 카트리지(700) 내부에 포함될 때 센서(758)가 분석 채널(732) 내부에 배치되도록 전략적으로 위치된다. 도 18a에 도시된 대로, 복수의 센서(758)가 제공될 수 있고, 각각은 나머지와 이격되며, 모두 분석 채널(732)과 정렬된다. 센서(758)는 전기화학 센서이고, 각각은 분석 채널 내에서 전기화학 셀을 형성한다. 이 구체예에서, 각 센서(758)는 작동 전극(758a), 기준 전극(758b), 및 카운터 전극(758c)으로 형성된다. 일부 구체예에서, 자성 입자에 간접 결합된 산화 효소가 센서(758)에 존재하고 적절한 화학적 기질이 분석 채널(732)에 도입된다면 산화 반응이 전기화학 센서(758)에서 일어날 수 있다. 이러한 구체예에서, 작동 전극(758a)은 전자를 방출함으로써 존재하는 산화 효소의 양에 비례하는 양으로 산화 효소에 의해서 기질로부터 이탈된 전자를 보충할 수 있다. 작동 전극으로부터 전자의 방출은 센서(758)에 접속된 회로 내에서 신호로서 검출될 수 있는 전류이다. 센서(758)는 이로써 이러한 구체예의 분석 구역에 위치된 산화 효소의 존재, 부재, 및/또는 양을 간접적으로 검출할 수 있다. 다음에, 예를 들어 아래 설명된 리더 장치 내부의 컴퓨터가 표적 분석물의 존재, 부재, 및/또는 양과 산화 효소의 존재, 부재, 및/또는 양을 상호관련시킬 수 있다. 이러한 컴퓨터의 기능은 아래 더 상세히 설명된다. 다양한 구체예에서, 분석 구역 내에서 효소나 다른 신호화제의 국소화를 촉진하기 위해 하나 이상의 자기장이 사용된다. 유익하게, 이러한 구체예에서, 친화성 분자는 이러한 국소화를 달성하기 위해 센서에 사전-결합될 필요가 없으며, 이것은 그렇지 않다면 확산-기반 혼성화 동력학의 제한으로 인해 분석물 정량 과정을 유의하게 느리게 할 것이다. 자기장의 상세한 내용이 또한 아래 제공된다.
일부 구체예에서, 검출이 발생하는 전기화학 센서(758)는 ENIG 과정을 통해서 이루어지고, 따라서 표면에 금을 가진다. 다른 구체예에서, 금 센서나 도금된 센서가 사용되며, 이것은 ENIG 과정을 통해서 이루어지지 않는다. 일부 구체예에서, 각 센서(758)의 적어도 작동 전극(758a)은 추가의 안정성을 위해 티올화된 에틸렌글리콜 및/또는 디티올, 예컨대 헥사에틸렌 글리콜 디티올로 형성된 표면 화학을 가진다. 이러한 표면 화학의 헤드 기의 친수성 성질은 유동 및 단백질 내성을 촉진한다. 추가로 또는 다르게는, 일부 구체예에서, 전극 중 하나 이상의 표면이 머캡토운데칸산, 머캡토헥산올, 또는 다른 적합한 백필러로 역충전된다. 일부 구체예에서, 센서(758) 내부의 전극 중 하나 이상의 표면은 상승되지 않은 온도에서 에틸렌 글리콜 디티올과 백필러의 순차적 첨가 및 인큐베이션을 통해서 형성된다.
다양한 구체예에서, 하나 이상의 주변 전기화학 노이즈 센서, 또는 기준 센서(759)가 제공되며, 이것은 분석 채널 내에서 자성 입자 국소화 부위로부터 이격된다. 기준 센서(759)와 그것의 관련된 회로망은 시스템에서 바탕 노이즈를 정량한다. 이러한 노이즈는, 예를 들어 비-특이적으로 결합된 효소의 존재로 인한 것일 수 있다. 다양한 구체예에서, 검출 결과의 처리 동안, 컴퓨터는 시스템 노이즈를 고려하고 및/또는 제거하며, 이로써 표적 물질의 적절한 정량이나 검출을 허용하기 위하여 검출 센서 신호로부터 기준 센서 신호를 제거하기 위한 알고리즘을 적용한다.
일부 구체예에서, 검출은 산화/환원 반응이 진행되도록 기준 전극에서 생성된 바이어스 전위를 이용하는 표준 전기화학 회로를 사용하여 수행된다. 이 전위는 화학적 기질(용액에서 환원가능한 종들의 비-특이적 환원이 거의 없도록 충분히 낮은)의 환원 전위에서 고정되며, 이로써 산화된 분자를 향한 전자의 유동(흐름)이 작동 전극에 접속된 연산 증폭기 기반 전류-대-전압(op amp) 회로 기술을 사용하여 정량될 수 있다. 예를 들어, 흔한 기질 분자인 테트라메틸벤지딘은 HRP에 대해 사용된다. 존재할 때 HRP는 TMB 분자를 산화시키고, 이들 분자는 차례로 작동 전극에 의해서 환원된다. 이런 사건은 존재하는 HRP의 양에 비례하여 발생하므로, 전류-대-전압의 변화는 측정 결과를 증폭한다. 아날로그-대-디지털 변환기를 사용하여 실제 신호가 처리를 위해 프로세서로 이송될 수 있다. 아래 더 상세히 설명된 대로, 다양한 구체예에서, 상기 프로세서와 신호 처리 구성요소는 리더 장치 내부에 제공된다.
리더 장치
다양한 구체예의 리더 장치, 또는 리더는 특수 컴퓨터를 포함하거나 그것으로 이루어진다. 컴퓨터는 샘플에서 표적 분석물의 존재, 부재, 및/또는 양을 검출하기 위한 하나 이상의 방법을 실행하기 위한 명령이 저장된 메모리를 가진 프로세서를 포함한다. 다양한 구체예에서, 리더의 컴퓨터는 검출 시스템의 조작을 제어하며, 예를 들어 카트리지의 제1 저장소에서 유체의 혼합, 밸브의 개방, 및/또는 센서 위에 자성 입자의 국소화와 같은 시스템의 다양한 기능이 일어나는 시기와 방식을 제어한다. 이러한 조작을 제어하기 위해, 전산화된 리더는 리더나 카트리지 내부에 존재하는 물리적 구성요소로부터 정보를 수신하고 다시 정보를 전송하도록 구성된다.
리더의 한 구체예의 기능적 블록 다이어그램이 도 21에 묘사된다. 따로 설명되지만 리더(2100)에 대해 설명된 기능적 블록이 별도의 구조 요소일 필요는 없음이 인정될 것이다. 예를 들어, 프로세서(2110)와 메모리(2120)가 단일 칩에 구현될 수 있다. 유사하게, 프로세서(2110)와 통신 인터페이스(2150)가 단일 칩에 구현될 수 있다. 다양한 구체예에서, 리더(2100)는 배터리와 같은 전원(2160)을 포함한다.
프로세서(2110)는 다목적 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 용도 특이적 직접회로(ASIC), 전계 프로그램가능한 게이트 어레이(FPGA) 또는 다른 프로그램가능한 논리 장치, 별도의 게이트 또는 트랜지스터 로직, 별도의 하드웨어 구성요소, 또는 본원에 설명된 기능을 수행하도록 설계된 이들의 어떤 적합한 조합일 수 있다. 프로세서는 또한 컴퓨팅 장치의 조합, 예를 들어 DSP와 마이크로프로세서, 복수의 마이크로프로세서, DSP 코어와 협력된 하나 이상의 마이크로프로세서, 또는 어떤 다른 이러한 구성형태로서 실시될 수 있다.
프로세서(2110)는 하나 이상의 버스를 통해서 메모리(2120)로부터 정보를 읽거나, 메모리(2120)에 정보를 기입한다. 프로세서는 추가로 또는 다른 식으로 프로세서 레지스터와 같은 메모리를 함유할 수 있다. 메모리(2120)는 프로세서 캐시를 포함할 수 있으며, 이것은 상이한 레벨이 상이한 용량과 접근 속도를 가진 다중-레벨 계층적 캐시를 포함한다. 메모리(2120)는 또한 랜덤 액세스 메모리(RAM), 다른 휘발성 저장 장치, 또는 비-휘발성 저장 장치를 포함할 수 있다. 저장 장치는, 예를 들어 하드 드라이브, 광학 디스크, 플래시 메모리, 및 집 드라이브를 포함할 수 있다.
프로세서(2110)는 메모리(2120)에 저장된 소프트웨어와 협력하여, 예를 들어 윈도우, 맥 오에스, 유닉스 또는 솔라리스 5.10과 같은 운영 시스템을 실행한다. 프로세서(2110)는 또한 메모리(2120)에 저장된 소프트웨어 어플리케이션을 실행한다. 한 비제한적 구체예에서, 소프트웨어는, 예를 들어 유닉스 콘 쉘 스크립트를 포함한다. 다른 구체예에서, 소프트웨어는, 예를 들어 C++, PHP 또는 자바를 포함하는 당업자에게 알려진 어떤 적합한 프로그래밍 언어로 프로그램될 수 있다.
프로세서(2110)는 또한 카트리지 인터페이스(2130)에 결합되며, 이것은 EDGE 카드 또는 다른 전자 커넥터를 포함할 수 있고, 이로써 카트리지의 회로판 구성요소로부터 전기 신호를 수신하고, 다시 전기 신호를 보낼 수 있다.
일부 구체예에서, 프로세서(2110)는 사용자 인터페이스(2140)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 리더(2100)는 터치스크린, LED 매트릭스, 다른 LED 인디케이터, 또는 사용자로부터 입력을 수신하고 다시 출력을 제공하기 위한 다른 입/출력 장치를 포함할 수 있다. 다른 구체예에서, 사용자 인터페이스(2140)는 리더(2100)에 존재하지 않고, 대신에 통신 인터페이스(2150)를 통해서 리더(2100)에 통신 접속된 원격 컴퓨팅 장치 상에 제공된다. 또 다른 구체예에서, 사용자 인터페이스는 리더 상의 요소와 원격 컴퓨팅 장치의 조합일 수 있다.
다양한 구체예의 통신 인터페이스(2150)가 또한 프로세서(2110)와 결합된다. 일부 구체예에서, 통신 인터페이스(2150)는, 예를 들어 원격 컴퓨팅 장치로부터 데이터를 무선 수신하고 전송하기 위한 수신기와 송신기, 또는 트랜시버를 포함한다. 일부 이러한 구체예에서, 원격 컴퓨팅 장치는 시스템에 사용자 인터페이스를 제공하는 이동식 컴퓨팅 장치이다; 추가로 또는 다르게는, 일부 구체예에서, 원격 컴퓨팅 장치는 서버이다. 다른 장치와 무선 통신을 위해 구성된 구체예에서, 통신 인터페이스(2150)는 하나 이상의 네트워크 표준에 따라서 통신 네트워크 상에 전송을 위한 프로세서(2110)에 의해서 생성된 데이터를 준비하고, 및/또는 하나 이상의 네트워크 표준에 따라 통신 네트워크 상에 수신된 데이터를 변조한다. 일부 구체예의 통신 인터페이스(2150)는 추가로 또는 다르게는 리더(2100)와 원격 컴퓨팅 장치 사이에 신호의 무선 통신을 위한 전기적 접속을 포함한다.
컴퓨팅 구성요소에 더하여, 다양한 구체예의 리더는 표적 분석물 검출을 실시하기 위해 필요한 몇몇 추가의 물리적 구성요소를 포함한다. 예를 들어, 도 22의 리더(2200)는 슬롯, 개구, 베드, 포트, 또는 다른 도킹 특징부를 포함하며, 이들은 본원에서 카트리지를 수용하기 위한 도크(2210)라고 언급된다. 리더(2200)에 의해서 수용되었을 때 카트리지는 리더(2200) 위에 또는 내에 배치될 수 있거나, 또는 결합될 수 있다.
몇 가지 리더 구성요소는 카트리지와의 바람직한 상호작용을 달성하기 위해 도크(2210)에 대해 특정한 위치에 전략적으로 위치된다. 예를 들어, 묘사된 구체예의 리더(2200)는 전기 커넥터(2220)와 하나 이상의 자기장 발생기(2240)을 포함하고, 이러한 구성요소의 위치는 도킹된 카트리지의 특정 특징부와 정렬되도록 선택된다. 추가로, 도 22의 구체예를 포함하는 일부 구체예는 음파처리 요소(2230)를 포함한다. 이들 구성요소는 각각 아래 더 상세히 설명된다.
다양한 구체예의 전기 커넥터(2220)는 EDGE 카드 또는 전기적 접속을 위한 핀을 가진 다른 커넥터이다. 커넥터(2220)는 도크(2210) 아래, 내부, 또는 인접하여 위치되고, 커넥터(2220)의 핀이 도킹된 카트리지 장치의 전기 리드와 접촉하여 전기적 접속을 확립하도록 위치된다. 전기 커넥터(2220)는 이로써 카트리지의 회로판 구성요소 상의 센서와 리더 내부의 전기화학 회로망 사이에 전기적 연속성을 확립한다. 일부 구체예에서, 리더의 전기 커넥터(2220)는 또한 카트리지의 회로판 구성요소 상에 만약 존재한다면 가열 요소와도 전기적 연속성을 확립할 수 있다. 일부 구체예에서, 리더(2200)는 전기화학 회로의 일부를 포함하며, 이것은 카트리지의 전기 커넥터(2220)와 전기 리드 사이의 전기적 연속성에 기초하여 카트리지의 추가와 함께 완료된다. 이러한 구체예에서, 카트리지의 추가는 회로를 완성하거나 폐쇄한다. 이러한 구체예에서, 리더(2200)와 카트리지의 결합은 리더를 활성화하여 그것을 "시동시킨다". 일단 시동되면 전기 커넥터(2220)가 카트리지의 일부로부터 수신되는 신호를 확인할 수 있고, 이로써 카트리지의 종류가 그것의 도크에 결합되는지를 확인한다. 일부 구체예에서, 전기 커넥터(2220)는, 표지, 예를 들어 카트리지 상의 저항 표지를 확인할 수 있으며, 이것은 도킹된 카트리지 타입을 확인하기 위해 특정 카트리지 타입에 특유하다. 다른 구체예에서, 카트리지의 회로판 구성요소의 전기 리드 내에 암호화된 디지털 바코드가 리더 내부의 전기 핀이나 패드에 의해서 판독되어 카트리지 타입이 확인된다. 일부 이러한 구체예에서, 카트리지의 회로판 구성요소는 복수의 전기 리드를 포함하고, 이들 중 일부는 접지 리드에 접속되며, 일부는 접속되지 않는다. 전기 핀의 조합 활용과 이들과 접지 핀 사이의 접속, 및/또는 리더에 위치된 풀-업/풀-다운 레지스터를 통해서 각 핀의 상태(예를 들어, 접지되는지 아닌지)가 설정 전압보다 높거나 낮은 전압으로서 감지되고, 이것은 특정 핀이 접지되는지 여부를 결정하기 위해 리더의 프로세서에서 논리 상황으로서 판독된다. 이 방식으로, 카트리지의 유형을 특유하게 확인하기 위해서 접지된 핀과 비접지 핀의 조합이 리더(2200)에 의해서 검출되고 인식될 수 있다.
일부 구체예에서, 일단 시동되면 리더(2200)는 또한 확인된 카트리지에 대해 전개되는 시험 프로토콜과 근처의 이동식 컴퓨터 장치를 검색하여 연결하는 방식을 결정한다.
도 22에서 계속해서, 리더(2200)는 선택적으로 음파처리 구성요소, 또는 음파처리기(2230)를 포함한다. 다양한 구체예의 음파처리기(2230)는 도크(2210)의 아래, 또는 위에 위치되고, 도킹된 카트리지의 제1 저장소 위에 또는 아래에 직접 또는 실질적으로 위치된다. 일부 구체예에서, 도킹된 카트리지는 제1 저장소와 음파처리기(2230) 사이의 밀접한 관계를 촉진하기 위한 특징부를 포함한다. 예를 들어, 도 7b에서 볼 수 있듯이, 회로판 구성요소(750)와 베이스 구성요소(740)는 각각 그 구조에 컷아웃 또는 윈도우(741)를 제공할 수 있는 모양이며, 컷아웃(741, 751)은 저장소와 정렬된다. 따라서, 다양한 구체예에서, 음파처리기(2230)와 카트리지의 제1 저장소는 그들 사이에 제공된 구조 없이 정렬될 수 있다. 일부 구체예에서, 사용자가 카트리지를 도크에 활주 삽입할 때 컷아웃(741, 751)은 음파처리기(2230)가 저장소의 밑에 직접 위치되는 것을 허용한다. 이러한 구성형태는 음파처리기(2230)가 제어된 양의 에너지를 제1 저장소에 전달하는 것을 가능하게 한다. 다른 구체예에서, 음파처리기(또는 본원에 개시된 음파처리 단계를 수행하는 다른 구성요소)는, 예컨대 예를 들어 도 11에 도시된 대로 제1 저장소(724)에 배치되어 바닥 벽을 형성한다. 다른 구체예에서, 음파처리기는 제공되지 않는다. 음파처리기(2230)를 가진 다른 구체예에서, 음파처리 에너지는 취약한 DNA 프로브나 다른 분자에 야기된 손상을 제한하면서 제1 저장소 내에서 구성요소들의 혼합 및 혼성화를 달성하도록 제어된다.
일부 구체예에서, 음파처리기(2230)는 압력-감응 압전 디스크(2232)를 포함한다. 선택적으로, 일부 구체예에서, 음파처리기(2230)는 제1 저장소와 압전 디스크 사이에 배치된 높은 물 함량의 블리스터를 더 포함한다. 일부 구체예에서, 높은 물 함량의 블리스터는 카트리지 제조 과정에서 제1 저장소 아래에 고정된다; 다른 구체예에서, 이것은 리더 내부의 음파처리기(2230) 위에 제공된다. 높은 물 함량의 블리스터는 최소한의 약화로 음파처리기(2230)에서 제1 저장소까지 음파 에너지의 전달을 촉진할 수 있다. 일부 구체예에서, 블리스터는 다른 적절하게 전도하는 음파처리 매질로 대체된다. 일부 구체예에서, 음파처리 매질로 작용하는 성분은 바람직하게 외부에서 건조된 상태이고, 액체 잔류물은 존재하지 않는다. 일부 구체예에서, 카트리지가 리더(2200)에 활주 삽입될 때 음파처리기에 결합된 음파를 전도하는 매질은 제1 저장소의 바닥에 고정된 음파 전도 매질과 연질 시일을 형성한다. 이 "연질 시일"은 저장소의 바닥에서 등각 음파 전도 매질을 사용함으로써 증진될 수 있다.
제1 저장소의 내용물을 혼합하고 혼성화히기 위한 음파 에너지를 생성하는 것에 더하여, 음파처리기(2230)를 가진 다양한 구체예에서, 음파처리기(2230)는 제1 저장소에 샘플 수집 장치의 도입을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 유익하게, 이러한 검출은 리더(2200)가 제1 저장소에 샘플의 도입 직후 또는 실질적으로 직후에 시험 프로토콜의 자동 시작을 개시하는 것을 가능하게 한다. 자동 시작은 누워있는 사용자를 위한 사용 용이성을 개선한다; 또한, 이것은 샘플 도입에 대해 일정된 시작 시간을 보장하며, 이로써 일정된 결과를 제공한다.
상기 언급된 대로, 일부 이러한 구체예에서, 음파처리기(2230)는 압력-감응 압전 요소이다. 이러한 구체예에서, 카트리지의 벽은 제1 저장소에 샘플 수집 장치의 삽입시 약간 신축하도록 설계된다; 이러한 신축은 음파처리기(2230)에 의해서 검출가능한 압력의 변화를 가져온다.
다른 구체예에서, 제1 저장소에서 샘플 수집 장치의 검출이 공명 또는 신호 모니터링을 통해서 일어난다. 구체적으로, 도 23a에 도시된 대로, 예를 들어 카트리지와 리더가 결합한 결과로서 리더의 활성화시, 음파처리기(2300), 및/또는 음파처리기(2300)의 전체 또는 일부를 형성하는 압전 요소가 제1 저장소를 향해 지정된 음파(2310)를 생성한다. 일부 구체예에서, 음파처리기(2300) 또는 그것의 일부는 이어서 반사된 음파(315)의 결과로서 변형되고, 및/또는 음파처리기의 공명 주파수가 기록되며, 이로써 리더 내부의 프로세서 및/또는 회로가 베이스라인, 언로드 상태를 결정할 수 있다. 이후, 음파처리기(2300)가 도 23b에 도시된 스캐닝 상태로 진입하며, 제1 저장소에 음파(2310)를 주기적으로 핑잉하여, 리더 내부의 프로세서 또는 회로가 어떤 변동이 발생했는지 결정하기 위해 음파처리기의 응답 신호(2315) 및/또는 공명 주파수 이동을 모니터할 수 있다. 일부 구체예에서, 변동이 검출되지 않고 및/또는 베이스라인 언로드 상태가 확립된다면, 리더는 사용자가 샘플 수집 장치를 카트리지에 넣도록 촉구하는 하나 이상의 빛이나 소리를 방출한다. 도 23c에서, 샘플 수집 장치(2350)의 추가는 음파처리기의 공명의 이동 및/또는 역치 이상의 음파 응답 신호까지의 변화를 야기하며, 리더 내부의 프로세서 또는 회로는 샘플 수집 장치 삽입을 확인하도록 프로그래밍된다. 다양한 구체예에서, 프로세서 및/또는 회로는 이어서 음파처리기(2300)로 명령을 되돌려보내 시험 프로토콜의 음파처리 단계를 개시한다. 일부 구체예에서, 시험 프로토콜이 개시된 것을 나타내기 위해 리더 상의 빛 패턴이 변하거나 또는 소리가 방출된다. 일부 구체예에서, 스캐닝 단계 동안 방출된 사용자-촉구 빛 또는 가청형 사용자-촉구 소리 패턴은 수집 장치를 투입하기 위한 사용자에 대한 신호 증가된 긴급성에 대해 강도 또는 주파수의 변화를 경험한다. 다양한 구체예에서, 사용자를 촉구하는 것과 관련된 음파는 저장소의 로딩 대 언로딩 상태를 확립하기 위해 음파처리기에 의해서 방출된 음파와 상이하다.
일부 구체예에서, 제1 저장소의 용액에 존재한다면 표적 분석물을 포함하는 샘플 입자를 활발히 용출시키기 위해 고 강도 음파처리 과정이 수행된다. 음파처리 과정은 또한 샘플 제조 시약, 특히 자성 입자의 적절한 현탁을 달성하기 위해 수행되며, 이로써 표적과 결합하기 위해 용액의 자성 입자를 이용할 수 있게 한다. 심지어 고 강도 상에서도 공동화 및 큰 전단력을 피하면서 온건한 음파처리를 생성하려는 목표를 달성할 수 있는 어떤 음파처리기가 사용될 수 있다. 적절한 음파처리기의 한 구체예는 압전 구성요소, 예컨대 예를 들어 15 와트 미만의 출력의 1.6 메가헤르츠 벤딩 트랜스듀서 압전 디스크이다.
고 강도 음파처리 후, 음파처리의 음파 신호는 자성 입자가 침강하는 것을 방지하고 시스템에 에너지를 계속 추가할 수 있도록 펄스된다. 에너지의 추가는 자성 입자 상의 친화성 분자, 표적, 및 검출제 또는 경쟁적 결합제 사이의 혼성화를 증진시킨다.
리더에 의해서 선택된 음파처리 프로파일은 시험될 샘플에 따라 변한다. 본원에서 사용된 "음파처리 프로파일"은 전달된 음파처리의 특징, 예컨대 음파처리의 시간 길이, 음파처리의 주파수, 강도 등을 말한다. 다양한 구체예에서, 리더는 이러한 변수들에 대해 섬세한 제어를 가진다. 일부 구체예에서, 전력 소비 취지로, 음파처리기는 "실행 주기"를 가지며, 이때 음파처리기가 펄스한다. 예를 들어, 한 구체예에서, 음파처리 주기 동안 음파처리기는 매 10초 창 내에 3초간 활성화되고, 이 활성화된 3초 내에 음파처리기는 규칙적인 간격으로 펄스한다; 예를 들어, 음파처리기는 0.027초마다 음파를 발생할 수 있다. 이러한 방법은 전력의 과소비 및 샘플의 과열을 피하면서 혼성화, 표적 포착, 및 다양한 분자 복합체의 형성에 좋은 환경을 만든다.
도 22에서 계속해서, 다양한 구체예의 리더(2200)는 또한 하나 이상의 자기장 발생기(2240)를 포함한다. 일부 구체예에서, 자기장 발생기(2240)는 리더(2200) 내부에 고정된 유도자 또는 다른 전자기 구성요소일 수 있다. 도 22에 도시된 대로, 일부 구체예에서, 자기장 발생기(2240)는 영구 자석이다. 자기장 발생기(들) (2240)는 카트리지가 도크(2210)에 결합된 때 하나 이상의 검출 센서가 각각 자기장 발생기(들)(2240)에 의해서 생성된 자기장 내에 직접 배치되도록 위치된다. 다양한 구체예에서, 자기장(들)은 국소화의 원인이다; 자기장(들)은 자성 입자와 수반된 혼성화된 분자가 분석 구역 내에 국소화하는 것을 유도한다.
다양한 구체예에서, 카트리지의 베이스 구성요소는 적어도 하나의 영구 자석 또는 유도자가 회로판 구성요소의 검출 센서 밑에 직접 위치되는 것을 허용하는 컷아웃을 가진다. 컷아웃은 자석이나 유도자와 부딪치지 않고 도크(2210)에 카트리지를 적절히 활주 삽입하는 것을 허용한다. 컷아웃은 또한 자기장 발생기(2240)가 가능한 검출 센서에 가까이 위치되는 것을 허용한다. 자기장 발생기(2240)가 센서에 가까울수록 자기장이 더 많은 힘을 발휘할 수 있고, 이것은 소형 자석이나 유도자가 더 비싼 대형 자석이나 유도자와 동등한 자기장 강도를 발휘할 수 있다는 것을 의미한다. 소형 자석 또는 유도자의 사용은 다수의 자기장과 다수의 분석 구역을 가진 구체예(예를 들어, 복수의 상이한 표적 분석물을 검출하도록 구성된 구체예)에서 특히 유익한데, 자석이나 유도자가 작을수록 자기장이 덜 중첩되기 때문이다. 작은 자기장은 상이한 검출 센서에서 자석 또는 유도자 사이의 혼선의 양을 제한할 수 있다.
추가로, 카트리지 논의에서 상기 언급된 대로, 분석물 검출 시스템의 일부 구체예에서, 가열 요소가 저장소 출구 내부의 열-작동 밸브를 활성화하기 위해 제공된다. 이러한 구체예에서, 가열 요소는 카트리지의 회로판 구성요소 상의 바이어스에 열을 전달하고, 바이어스는 열의 전도체로서 작용하여 정확한 시점 및/또는 정확한 공간적 영역 내에서 왁스를 용융시킨다. 일부 구체예에서, 복수의 가열 요소가 리더(2200) 내부에 위치되고, 도킹된 카트리지의 바이어스와 정렬되도록 위치된다. 일부 이러한 구체예에서, 스프링-로드 접촉이 리더(2200) 내부에 제공되어 리더의 가열 요소와 바이어스 사이에 효과적인 접촉을 형성한다. 일부 이러한 구체예에서, 가열 요소는 저항 가열 요소이다.
다양한 구체예에서, 가열 요소의 위치와 무관하게(리더 또는 카트리지 내의), 열 전달 및 밸브 개방의 타이밍은 리더 장치에 의해서 정확히 제어된다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 리더 컴퓨터는 열-발생 전류가 가열 요소를 통해 흐를 때를 시기를 제어한다. 밸브는 다음의 순서로 이러한 전류에 의해서 야기된 열에 의해서 작동된다: (1) 샘플 제조 저장소, (2) 존재한다면 세척 저장소, 다음에 (3) 화학적 기질 저장소. 각 밸브의 작동은 각 밸브가 충분히 작동하고, 관련된 저장소가 그것의 내용물을 분석 채널로 비울 수 있는 시간을 가지며, 저장소의 내용물의 적어도 일부가 다음 저장소의 내용물이 방출되기 전에 센서의 하류에 위치된 흡수성 패드까지 이동할 시간을 갖도록 시기가 정해진다. 일부 구체예에서, 밸브 작동 사이의 시간은 흡수성 패드가 분석 채널 내에 존재하는 액체를 완전히 또는 실질적으로 흡수하기에 충분히 크도록 선택된다. 유익하게, 이러한 구체예에서, 연속 저장소의 내용물들 간에 아주 적은 혼합이 일어난다.
일부 구체예에서, 순차적 밸브 작동 및/또는 성공적인 밸브 작동을 결정하는 정확한 타이밍은 프로세서 상의 알고리즘을 이용한 피드백 제어 시스템 및 써미스터 및 전기화학 센서와 같은 감지 요소로부터 유래된 정보의 활용을 통해서 프로세서에서 결정될 수 있다. 예를 들어, 분석 채널에서 전기화학 센서는 센서에서 발생된 신호가 센서 위의 액체의 존재 또는 부재에 따라 상이할 것이므로 분석 채널이 그 안에 액체를 가지는지 결정하기 위해 질문될 수 있다. 이 신호는 신호를 논리적으로 해석하도록 설정된 프로세서와 함께 밸브가 적절히 작동되었는지 및/또는 저장소가 그것의 액체 내용물을 완전히 비우고 액체 내용물이 폐기물 패드에 흡수되어 채널에 액체가 없고 다음 밸브 작동에 바로 사용할 수 있는 때를 결정할 수 있다. 일부 구체예에서, 리더의 프로세서 및/또는 회로망은 프로세서 및/또는 회로망이 정보를 수신한 직후 다음번 밸브를 작동시키도록 가열 요소에 명령하는 신소를 전송하며, 피드백 시스템을 통해서 분석 채널은 완전히 또는 부분적으로 청소되어 다음 단계를 준비한다.
추가로, 도 24에 도식적으로 도시된 대로, 일부 구체예에서, 밸브 작동을 위한 가열 요소의 바람직한 열 프로파일은 열-작동 밸브(2430)를 작동시키기 위해 위치된 가열 요소(2420)와 열 연통되는 써미스터와 같은 온도 감지 요소(2410), 및 상기 가열 요소(2420)로부터 신호를 논리적으로 해석하도록 설정된 프로세서(2440)를 포함하는 추가의 피드백 및 제어 시스템(2400)의 활용을 통해서 일정하게 달성될 수 있다.
열 프로파일-제어 피드백 및 제어 시스템의 한 구체예가 도 25에 제공된다. 대용의 도 25는 밸브 작동 요소의 회로판 구성요소(2530) 상에서 바이어스(2520)와 열 연통되는 온도 감지 요소(2510)의 구체예를 묘사한다. 특히, 묘사된 온도 감지 요소는 써미스터이며, 이것은 온도에 따라 변하는 저항을 가진다. 써미스터로부터의 전자 신호를 해석하도록 구성된 다른 회로망 및/또는 프로세서와 전자 통신할 때, 써미스터로부터 모집된 정보는 상술된 프로세서와의 전자 통신에서 가열 요소의 명령 및 제어를 통해 밸브의 일정한 열 작동을 유지하기 위해 이용될 수 있다. 이런 감지 요소는 온도가 너무 높을 때 프로세서가 가열 요소를 차단할 수 있도록 감지 정보를 제공함으로써 상기 써미스터와 열 연통되는 가열 요소에서 온도의 벗어남을 방지하는 것을 도와서 샘플 분석 장치의 안전성을 추가로 개선할 수 있다. 도 25의 묘사된 구체예는 써미스터(2510)가 리더 장치의 회로판 상의 열 전도 요소의 활용을 통해서 가열 요소와 열 연통되는 써미스터(2510)를 도시하며, 상기 열 전도 요소는 금속성 흔적(2540), 예를 들어 구리 흔적이다. 추가로, 써미스터(2510)는 커낵터(2550)(한 구체예에서, 스프링 로드 커넥터, 핀)의 사용을 통해서 밸브 유닛의 바이어스(2520)와 열 연통되고, 이것은 전형적으로 높은 열 전도도를 가진다. 가열 요소는 도 25에 묘사되지 않지만, 써미스터가 전도 흔적을 통해서 그리고 이어서 바이어스와 접촉된 스프링 로드 핀을 통해서 다수의 방식으로 바이어스와 열적으로 결합될 수 있음이 인정될 수 있다.
도 26a-26c는 카트리지(700)에 결합하는 다양한 단계를 통해서 도시된 도 22의 리더 장치(2200)를 묘사한다. 도시된 대로, 리더(2200)는 도크(2210), 전기 커넥터(2220), 음파처리기(2230), 및 영구 자석 형태의 자기장 발생기(2240)를 포함한다. 카트리지(700)는 도크(2210)에 활주 삽입되어 리더(2220)와 결합하도록 구성된다. 결합되었을 때 카트리지(700)의 전기 리드(754)는 전기 커넥터(2220)와 직접 접촉하고, 제1 저장소(724)는 음파처리기(2230) 위에 배치되며, 미세유동 분서 채널(732)의 일부는 자기장 내에서 자기장 발생기(2240)의 위에 배치된다.
도 27a-27b는 카트리지(2702)에 결합된 리더 장치(2700)의 추가의 구체예를 제공한다. 도 27a-27b의 리더 장치는 리더(2700)의 도크 아래에 일렬로 배치된 복수의 자석(2740)을 포함하며, 이들은 카트리지(2702)가 도크에 결합된 때 자석(2742, 2744, 2746, 2748)이 각각 복수의 검출 센서(2762, 2764, 2766, 2768) 아래에 위치되도록 위치된다. 샘플에서 복수의 상이한 표적 분석물의 존재, 부재, 및/또는 양을 검출하도록 설계된 도 27a-27b의 구체예와 같은 구체예에서, 본원에 설명된 다른 구체예에 비해서 카트리지(2702)와 리더(2700)의 디자인 모두에 변형이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 설명된 대로, 다수의 상이한 표적 분석물의 검출은 제1 저장소(2724) 내에 자성 입자의 다수의 집단과 검출제 및/또는 경쟁적 결합제의 다수의 집단의 포함을 필요로 한다. 저장소(2724)에 존재하는 자성 입자, 검출제, 및 경쟁적 결합제의 각 집단은 상이한 표적 분석물에 친화성을 갖도록 설계되고, 상이한 포착 항체, 포착 DNA 프로브, 또는 다른 친화성 분자를 포함한다. 추가로, 저장소(2724)에 존재하는 자성 입자의 각 집단은 상이한 크기, 자성 반응, 밀도, 또는 이들의 어떤 조합과 같은 특유의 식별가능한 물리적 특징을 가진다.
복수의 상이한 표적 분석물의 존재를 검출하기 위해 자성 입자의 다수의 집단이 존재하는 한 구체예에서, 검출을 위해 집단들을 분리하는데 데드-엔드 여과가 사용된다. 이러한 구체예에서, 자성 입자가 제1 저장소(2724)로부터 분석 채널(2704)로 유동함에 따라 분석 채널(2704) 내에 제공된 일련의 필터와 만나게 된다. 하류 방향으로 이동하면서 필터는 최대 기공을 가진 제1 필터에서 최소 기공을 가진 마지막 필터까지 기공 크기에 의해 정렬된다. 각 필터는 특정 검출제 또는 특정 검출제의 생성물을 검출하도록 지정된 검출 메커니즘에 아주 가까이 위치된다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 검출 메커니즘은 혼성화된 자성 입자의 특정 집단 중에서 일어나는 산화를 검출하도록 지정된 전기화학 센서이다. 제1 필터 기공 크기보다 작은 자성 입자는 채널 아래로 액체가 유동할 때 필터를 통과할 것이다. 제1 필러의 기공 크기보다 큰 자성 입자는 뒤에 남아 제1 센서(2762)에 아주 가까이 있을 것이다. 감소하는 기공 크기의 연속 필터의 사용을 통해서 자성 입자 집단이 분리되고 상이한 검출 센서(2760) 위에 국소화된다. 이 방식으로, 혼성화된 자성 입자와 표적 분석물의 상이한 집단 중에서 산화 반응과 같은 반응이 본원의 다른 곳에서 설명된 방식으로 모니터될 수 있으며, 이로써 복수의 표적 분석물의 각각의 존재, 부재, 및/또는 양을 확인할 수 있다.
이 과정은 자성의 사용을 통해 증진될 수 있다. 동일한 물질 조성의 자성 입자는 자성 입자의 직경의 제곱에 따라 자성 반응이 변화한다. 따라서, 자기장은 상이한 크기의 자성 입자 상에서 상이하게 반응할 것이고, 이로써 정렬 메커니즘이 일어날 수 있다. 이런 차별적 자성 반응은 일부 구체예에서 분리 속도 및 선택성을 증진시키기 위해 활용될 수 있다. 자성 입자가 제1 저장소를 떠남에 따라 자기장이 분석 채널에 적용되어 자성 입자들이 크기별로 적어도 부분적으로 정렬될 수 있다. 더 큰 자성 입자는 작은 자성 입자보다 더 강한 자기력을 가질 것이므로, 더 큰 것은 작은 자성 입자에 비해 아래로 더 천천히 이동할 것이다. 이것은 큰 자성 입자보다 작은 자성 입자가 빨리 분석 채널(2704)의 아래로 진행한다는 우선성을 가져오며, 이것은 자성 입자-기반 기공 막힘의 가능성을 감소시킨다. 자성 입자-기반 기공 막힘은 다중 특이성을 감소시킬 수 있고, 과잉 효소를 세척하고 포착된 검출제에 화학적 기질을 제공하기 위해 필요한 액체의 유동을 제한함으로써 적절한 시험을 방지할 것이다.
일부 구체예에서, 데드-엔드 여과에 공통된 막 오염을 방지하기 위해 십자 여과 기술이 사용된다. 이러한 구체예에서, 자석 또는 유도자는 유동 방향에 대해 수직이거나 다른 비-평행 자기력을 발휘하도록 위치된다. 정렬된 자석 또는 유도자의 이러한 배치는 이들이 만약 제공된 자기장 발생기에 의해서 작동되기에 충분한 크기를 가진다면 자성 입자가 필터가 위치된 분석 채널의 측면에 유인되도록 한다. 이러한 구체예에서, 자기장 크기는 자성 입자의 크기보다 작은 기공 크기를 가진 제1 필터의 상류에서 필터와 만나기 위해 자성 입자가 분석 채널(2704)의 측면에 유인되도록 선택된다.
다르게는, 자성 입자와 표적 분석물의 집단이 자성만을 사용하여 분리될 수 있다. 자성 입자의 자기력 반응은 입자의 직경의 제곱에 따라 증가하기 때문에, 자성 입자 집단의 분리 및 국소화는 분석 채널(2704)의 상이한 위치에서 상이한 자기장 강도를 생성하는 리더 장치 또는 카트리지 상에 위치된 복수의 자석이나 유도자를 제공함으로써 막의 사용 없이 단일 채널에서 달성될 수 있다. 구체적으로, 하류 방향으로 이동은 증가한 자기장 강도의 자기장 발생기와 직면된다. 최대 자성 입자가 제1 센서에 위치되는데, 이들은 최대 자성 입자를 포착할 만큼 충분히 크지만 어떤 다른 크기의 자성 입자를 포착할 만큼은 강하지 않은 제1 자기장을 벗어날 수 없다. 자성 입자 집단은 이들 집단 중 산화 반을 검출하기 위해서 제공된 검출 센서(2760) 위에 위치된 이들 특정 자성 입자 크기에 대해 맞춤제작된 자기장에 의해서 포착될 때까지 액체의 유동과 함께 하류로 이동할 것이다. 제2의 최약 자기장은 제2의 최대 직경을 가진 자성 입자 집단을 포착할 것이다; 제3 최약 자기장은 제3의 최대 직경을 가진 자성 입자 집단을 포착할 것이다; 기타 등등. 최소 자성 입자가 최강 자기장에 의해서 포착된다. 이것은 자성 입자의 각 집단을 상이한 검출 센서 위에 국소화하는 것을 허용하며, 검출은 상이 설명된 대로 진행된다. 자기장은 적어도 커플 방법을 통해서 변화될 수 있다. 일부 구체예에서, 각 자석 또는 유도자는 상이한 크기이다; 자석 또는 유도자가 클수록 자기장이 커진다. 도 27a-27b에 도시된 구체예와 같은 다른 구체예에서, 자석(2740)은 분석 채널(2704)의 평면에 대해 다양한 깊이에 위치된다. 상류-최외각 자석(2748)은 분석 채널(2702)에 가장 멀리 위치되며, 따라서 채널(2704)에 가장 강한 자기장을 발휘한다. 하류-최외각 자석(2742)은 분석 채널(2702)에 가장 가까이 위치되고, 따라서 채널(2704)에 가장 강한 자기장을 발휘한다.
중요하게는, 본원에 설명된 다양한 구체예에서, 자성 입자와 하나 이상의 자기장 사이에 자성 인력은 세척 용액 및/또는 화학적 기질을 지닌 액체가 자성 입자 위를 흐를 때 자성 입자가 하나 이상의 자기장 발생기 위에 국소화되어 유지될 만큼 충분히 강하다.
검출 시스템
도 4의 샘플 수집 장치(400), 도 7a-b의 카트리지 장치(700), 및 도 22의 리더 장치(2200)를 포함하는 검출 시스템(2800)의 한 구체예가 도 28a 및 28b에 제공된다. 이 시스템을 형성하는 장치는 사용 전에는 도 28a에 별도로 도시되고, 결합된 구성형태는 도 28b에 도시된다. 도 28a의 구체예를 포함하는 다양한 구체예의 샘플 수집 장치(400)는 일회용으로 구성된다. 이것은 제거가능한 멸균 패키징 내에 넣을 수 있다. 일단 카트리지(700)의 투입 터널(712)에 삽입되면, 샘플 수집 장치(400)는 영구 고정된 교합으로 맞물리고, 다시 사용될 수 없다. 유사하게, 묘사된 카트리지(700)는 일회용으로 구성된다. 일단 샘플 수집 장치(400)가 카트리지(700)의 투입 터널(712) 내에 제자리에 맞물리면, 카트리지(700)는 다시 사용될 수 없다. 그러나, 카트리지(700)는 리더(2200)로부터 제거될 수 있다. 다양한 구체예에서, 카트리지(700)와 리더(2200)는 별도로 결합되도록 구성되며, 카트리지(700)는 검출 프로토콜의 실시 전과 후에 적어도 리더(2200)의 도크에 삽입되고 제거될 수 있다. 일부 구체예에서, 리더(2200)는 검출 시험 사이클의 기간 동안 카트리지(700)를 제자리에 임시로 맞물리게 하고 제거를 제한하는 로킹 메커니즘을 포함할 수 있다. 다양한 구체예의 리더(2200)는 재사용가능하다.
추가로, 특정 구체예에서, 리더(2200), 및 전체 검출 시스템(2800)은 비-임상 소비자-직접 사용을 위해 구성된다. 따라서, 일부 구체예의 시스템(2800)은 사용이 용이하고 결과가 신속히 발생된다. 일부 구체예에서, 표적 분석물 검출 프로토콜의 결과는 샘플 수집 장치(400)로부터 샘플이 시스템의 카트리지(700)에 삽입된 때로부터 30분 이하 내에 생성된다. 일부 구체예에서, 결과는 20분 미만 내에, 일부 구체예에서 10분 미만 내에 발생되며, 일부 구체예에서 결과는 5분 미만 내에 발생된다. 추가로, 일부 구체예의 소비자-직접사용 시스템은 가정, 학교, 사무실, 또는 다른 사업장에서 편리한 취급을 위해 소형이다. 일부 구체예에서, 시스템은 높이 30cm 미만, 너비 30cm 미만, 길이 30cm 미만이다. 일부 구체예에서, 높이, 너비 및 길이는 각각 20cm 미만이다. 일부 구체예에서, 높이, 너비 및 길이 중 하나 이상의 10cm 미만이다. 일부 구체예에서, 카트리지(700), 샘플 수집 장치(400) 및 리더(2200)는 함께 대략 스마트폰 또는 다른 이동식 컴퓨팅 장치의 크기인 시스템(2800)을 형성한다. 일부 구체예에서, 시스템은 휴대가 가능한 크기로 구성된다. 이러한 구체예에서, 컴팩트한 것에 더하여, 핸드헬드 디자인은 샘플 내의 모든 액체가 적절히 밀봉되고 분리됨으로써 시스템 구성요소들이 서로 섞임으로 인한 누출 및 이른 산화 반응이 일어나지 않도록 한다.
비-임상 환경에서 누워있는 사람에 의한 사용을 촉구하기 위해, 일부 구체예의 시스템(2800)은 자기-활성화 및 자기-전개 검출 프로토콜을 포함함으로써 "더미 프로프"로서 설계된다. 예를 들어, 도 28b는 카트리지(700)가 리더(2200)의 도크(2210)에 위치되고, 샘플 수집 장치(400)가 카트리지(700)의 투입 터널(712)에 삽입된 예를 묘사한다. 묘사된 구체예에서, 리더(2200)에 카트리지(700)의 로딩은 카트리지(700)와 리더(2200)의 핀 사이의 전기적 접속을 확립하고, 이로써 리더(2200) 내에서 회로가 완성되어 리더를 자동으로 활성화시킨다. 활성화되면 일부 구체예의 리더(2200)는 존재할 경우 그것의 음파처리기를 활성화하고, 음파처리리를 이용해서 제1 저장소에 샘플 수집 장치(400)의 진입을 검출한다. 검출시 다양한 구체예의 리더(2200)는 어떤 추가의 사람 개입 없이 자동으로 검출 프로토콜을 개시하도록 구성된다. 자동화된 시작은 제1 저장소 내에서 시약들과 샘플의 혼합이 샘플 수집 장치의 삽입 후 고정된 시간에 일정하게 일어나도록 보장하고, 이것은 일정한 시험 결과를 가져온다. 음파처리기가 존재하지 않는 다른 구체예에서, 시험 프로토콜은 사용자가 리더(2200) 또는 원격 컴퓨팅 장치(2820)의 "진행", "전개", "시작" 또는 다른 유사한 버튼이나 아이콘을 눌렀을 때 개시될 수 있다.
아래 더 상세히 설명되고 도 28a 및 28b에 도시된 대로, 일부 구체예에서, 시스템(2800)은 원격 컴퓨팅 장치(2820)를 포함한다. 원격 컴퓨팅 장치(2820)는 이동식 컴퓨팅 장치, 예컨대 예를 들어 스마트폰, 태블릿, 또는 착용가능한 장치, 또는 랩탑 또는 다른 컴퓨터일 수 있다. 도 28a에 도시된 대로, 다른 구체예에서, 리더(2200)는 원격 컴퓨팅 장치(2820)와 무선 통신한다. 다른 구체예에서, 제거가능한 유선 접속, 예컨대 케이블 접속이 리더(2200)와 원격 컴퓨팅 장치(2820) 사이에 제공된다. 도 29a-b의 구체예와 같은 또 다른 구체예에서, 카트리지 도킹 스테이션(2915)을 가진 분석물 리더(2910)가 시스템(2900) 내에서 원격 컴퓨팅 장치(2920)에 직접 제거가능하게, 예를 들어 헤드폰 잭이나 전기 충전 포트에 플러그(2912)를 통해서 접속함으로써 연결된다.
다양한 구체예에서, 더 많은 컴퓨터 파워 및/또는 더 많은 메모리를 제공하고, 데이터를 풀링하고, 데이터를 원격 서버에 전송하기 위한 무선 트랜시버를 제공하고, 및/또는 표시 화면과 사용자 인터페이스를 제공하기 위해 원격 컴퓨팅 장치는 시스템 내부에 포함될 수 있다. 원격 컴퓨팅 장치가 모든 구체예에서 필요한 것은 아니다. 예를 들어, 도 30에 도시된 대로, 일부 구체예에서, 리더(3000)는 프로세서 및 메모리(미도시), 카트리지를 위한 도크(3015), 뿐만 아니라 터치스크린 또는 다른 사용자 인터페이스(3010)를 포함한다. 이러한 구체예에서, 리더는 적절한 시험 프로토콜을 확인하고, 시험 프로토콜을 수행하고, 시스템에서 센서로부터 수신된 미가공 결과를 분석하고, 디지털 결과를 사용자에게 표시하도록 구성된다. 이러한 구체예의 리더는 원격 서버로부터 데이터에 접근하고 전송하기 위한 무선 수신기와 송신기를 더 포함할 수 있다.
분석물 검출 시스템의 한 구체예는 도 31에 도식적으로 도시된다. 도 31은 분석물 검출 시스템(3100)의 한 구체예에서 전산화된 구성요소들 사이의 상호작용의 도식적 예시를 제공한다. 당업자는 이 구체예가 단지 예시일 뿐이며, 다양한 구성요소가 부가, 삭제, 또는 치환될 수 있고, 장치들 사이에 다양한 상이한 계층 및 통신 방식이 이용될 수 있다는 것을 인정할 것이다. 묘사된 예에서, 검출 시스템(3100)은 리더(3130), 사용자 인터페이스(3140)를 가진 장치, 및 서버(3150)를 포함하는 복수의 전산화된 장치로 형성된다. 전산화되지 않는다면 시스템(3100)은 리더(313)와 함께 결합된 샘플 수집 장치(3110)와 카트리지(3120)를 추가로 포함한다. 도 31을 참조하여 설명된 특정 구체예에서, 리더(3130)는 본원의 다른 곳에서 설명된 어떤 리더, 예를 들어 예컨대 리더(2200), 리더(2910), 또는 리더(3000)를 나타낼 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 유사하게, 사용자 인터페이스(3140)를 가진 장치는 본원에 설명된 어떤 이러한 장치, 예컨대 이동식 컴퓨팅 장치(2820 또는 2920)을 나타낼 수 있다. 카트리지(2820)는 본원에 설명된 어떤 카트리지 구체예, 예컨대 카트리지(700, 800 또는 900)를 나타낼 수 있고, 샘플 수집 장치(2810)는 본원에 설명된 어떤 샘플 수집 장치, 예컨대 샘플 수집 장치(400 또는 600)를 나타낼 수 있다. 시스템(3100)은 그것을 통해서 다양한 장치의 일부 또는 전부가 서로 통신하는 통신 네트워크(3160)를 포함한다. 네트워크는 지역 네트워크(LAN) 또는 광역 네트워크(WAN)일 수 있다. 일부 구체예에서, 네트워크는 무선 통신 네트워크, 예컨대 예를 들어 모바일 WiMAX 네트워크, LTE 네트워크, Wi-Fi 네트워크, 또는 다른 무선 네트워크일 수 있다. 다른 구체예에서, 사용자 인터페이스(3140)를 가진 컴퓨터와 서버(3150) 사이의 통신은 유선 네트워크, 예컨대 DSL 케이블 접속을 통해서 인터넷 상에서 일어난다.
일부 구체예에서, 리더(3130) 및 사용자 인터페이스(3140)를 가진 장치는 별도의 장치가 아니며, 예를 들어 도 30에 도시된 대로 리더 장치(3130) 내부에 함께 제공된다. 이러한 구체예에서, 리더 프로세서와 사용자 인터페이스 사이의 통신은 전기 신호의 전송을 통해서 리더(3130) 내에서 내부적으로 일어난다.
다른 구체예에서, 리더(3130) 및 사용자 인터페이스(3140)를 가진 장치는 별도의 장치이다. 일부 구체예에서, 사용자 인터페이스(3140)를 가진 장치는 스마트폰 또는 다른 이동식 컴퓨팅 장치이다. 리더(3130)와 이동식 컴퓨팅 장치(3140) 사이의 통신은, 예를 들어 블루투스®, 근거리 통신, 또는 다른 무선주파수 기술을 사용하여 무선으로 일어날 수 있다. 다르게는, 리더(3130)와 이동식 컴퓨팅 장치(3140) 사이의 신호의 전송은 코드, 케이블, 또는 다른 유선 또는 직접 접속을 통해서 일어날 수 있다. 다양한 구체예에서, 이동식 컴퓨팅 장치 또는 사용자 인터페이스(3140)를 가진 다른 장치는 시험 결과를 사용자에게 제시하기 위한 프론트-엔드 그래픽 사용자 인터페이스를 위한 소프트웨어 애플리케이션을 포함한다.
다양한 구체예에서, 리더(3130)는 샘플 내에서 표적 분석물을 검출하고 및/또는 정량하기 위해 필요한 시험 및 과정을 제어하도록 구성된다. 이를 위해서, 유의한 양의 정보가 리더(3130)의 메모리에 저장될 수 있다. 다르게는, 정보의 일부 또는 전부가 서버(3150)에 저장될 수 있고, 이것은 통신 네트워크(3160)를 통해서 리더(3130)에 의해서 접근될 수 있다. 이러한 정보는, 예를 들어 카트리지 키의 데이터베이스를 포함하며, 이것은 카트리지의 특유의 레지스터 표지에 의해 생성된 신호에 의해서 각각의 카트리지 타입을 확인한다. 정보는 또한 각각의 카트리지 키와 관련된 시험 프로토콜을 포함한다. 시험 프로토콜은 음파처리를 통해서 샘플 제조 시약이 혼합되는 시간 길이, 음파처리 주파수, 다양한 열-감응 밸브의 가열 시기 등을 상세하게 명시할 수 있다. 정보는 또한 각각의 카트리지 타입에 대한 상관성 표를 포함할 수 있으며, 이것은 검출된 센서 신호를 표적 분석물의 부재, 존재 및/또는 특정 양과 상관시킨다. 추가로, 리더(3130) 및/또는 서버(3150)에 의해서 저장된 정보는 하나 이상의 과거의 결과를 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 리더(3130)는 적어도 리더(3130)가 원격 컴퓨팅 장치와 통신하게 될 때까지 시험 결과를 저장한다; 이러한 때에 결과는 표시 및/또는 장기적 저장을 위해 원격 컴퓨팅 장치(이동식 컴퓨팅 장치(3140) 또는 서버(3150))에 전송될 수 있다.
일부 구체예에서, 서버(3150)는 또한 사용자 프로필을 저장하며, 이것은 사용자 인터페이스(3140)를 가진 장치를 통해서 사용자에 의해서 시스템에 입력된 약력 정보를 포함할 수 있다. 일부 이러한 구체예에서, 각각의 사용자에 대한 시험 결과의 로그가 또한 서버(3150)에 의해서 저장되고 사용자 인터페이스(3140)을 사용하여 장치에 이러한 데이터를 전송함으로써 사용자가 볼 수 있게 접근가능하다.
한 구체예에서, 카트리지(3120)가 리더(3130) 내에 로딩된 때 리더(3130)는 카트리지 타입을 검출하기 위해 카트리지(3120) 상의 레지스터 표지 또는 전자 바코드와 같은 표지로부터 신호를 검출한다. 리더(3130)는 카트리지 타입이 존재하는지 결정하기 위한 기지의 표지 신호 또는 카트리지 키의 데이터베이스와 검출된 신호를 비교한다. 만일 검출된 표지 신호가 카트리지 키의 데이터베이스 내에서 발견되지 않는다면, 리더(3130)는 카트리지 키의 데이터베이스에 업데이트를 요청하는 메시지를 서버(3150)로 전송할 수 있다. 리더(3130)는 서버(3150)에 직접 또는 이동식 컴퓨팅 장치(3140)를 거쳐서 간접적으로 메시지를 전송할 수 있다. 리더(3130)는 추가로 카트리지 키 데이터베이스 업데이트를 위한 데이터를 직접 또는 간접적으로 수신할 수 있다. 데이터는 새로운 카트리지 타입 및 각각의 새로운 카트리지 타입에 상응하는 카트리지 키와 시험 프로토콜을 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 리더(3130)는 다음에 검출된 카트리지 타입과 관련된 시험 프로토콜을 확인하고 실시한다. 검출 센서로부터 신호의 수신시 일부 구체예의 리더(3130)는 이 신호를 상관성 표와 비교하여 신호를 처리하고 의미있는 결과를 생성한다. 결과는 사용자에게 표시하기 위해 사용자 인터페이스(3140)를 사용하여 장치에 전송될 수 있다. 당업자는 검출기 시스템(3100)의 컴퓨팅 장치에 의해서 저장된 다양한 정보가 장치 중 어느 하나 이상에 의해서 저장될 수 있으며, 데이터 신호의 수신 및 송신을 통해서 다른 장치에서도 접근할 수 있다는 것을 인정할 것이다.
전산화된 검출 방법
상기 언급된 대로, 전산화된 리더는 검출 시스템의 조작을 상당히 제어한다. 리더는 프로세서와 메모리를 포함하고, 메모리는 수집된 샘플 내에서 표적 분석물의 존재, 부재, 및/또는 양을 성공적으로 검출하기 위해 필요한 다양한 방법을 실시하기 위한 저장된 명령을 가진다. 예를 들어, 자동화된 방식으로 전산화된 리더에 의해서 수행되는 한 방법의 구체예가 도 22에 제공된다.
블록(3202)에서 전산화된 리더는 리더 내에 또는 위에 로딩된 카트리지의 존재를 검출한다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 카트리지는 카트리지 상의 전기 리드가 리더 상의 전기 핀과 물리적으로 접촉하여 리더를 작동시키는 회로를 완성하고, 카트리지의 존재에 대해 리더에 신호를 보내도록 리더와 결합된다.
블록(3204)에서 리더는 카트리지와 관련된 식별 정보를 검출한다. 예를 들어, 일부 구체예의 카트리지는 그것의 회로판 구성요소 상에 특유의 식별 키를 포함하고, 이것은 카트리지의 특정 카트리지 타입에 특유한 신호를 생성하여, 리더가 카트리지 타입을 구별하는 것을 허용한다. 식별 키는 저항 요소, 예를 들어 특유의 크기나 모양을 가진 표면 장착 레지스터 또는 저항성 잉크-기반 요소일 수 있거나, 또는 다른 특유의 전기 신호 발생기일 수 있다.
리더의 프로세서는 신호를 검출하는 리더의 회로망으로부터 특유의 식별 키 신호를 수신하고, 블록(3206)에 도시된 대로, 특유의 식별 키에 기초해서 카트리지에 대한 적절한 시험 프로토콜을 확인한다. 일부 구체예에서, 리더의 프로세서는 특유의 식별 키 신호를 메모리에 저장된 식별 키 데이터베이스와 비교한다. 일부 구체예의 데이터베이스 내에서 각 식별 키는 특정 카트리지 타입 및 시험 프로토콜과 관련된다. 프로세서로부터 수신된 식별 키 신호가 데이터베이스의 키와 일치한다면, 프로세서에 의해서 상응하는 시험 프로토콜이 개방되어 실행될 것이다. 식별 키 신호가 데이터베이스의 키와 일치하지 않는다면, 프로세서는 식별불가한 카트리지가 검출되었음을 신호하기 위해 이동식 컴퓨팅 장치와 같은 원격 컴퓨팅 장치 및/또는 서버와 통신할 수 있다. 일부 구체예에서, 리더는 중계자로서 작용하는 이동식 컴퓨터 장치를 사용하여 간접적으로, 또는 서버로부터 직접 업데이트를 다운로드한다. 일부 구체예에서, 미지의 카트리지 타입이 검출된 때 사용자는 이동식 컴퓨팅 장치의 사용자 인터페이스를 통해서 업데이트를 다운로드하도록 촉구된다; 다른 구체예에서, 업데이트는 자동으로 다운로드된다. 다양한 구체예에서, 업데이트는 새로 개발된 카트리지 식별 키와 시험 프로토콜을 포함한다. 일단 새로운 식별 키와 시험 프로토콜이 다운로드되면, 이들은 지원된 시험의 리더의 데이터베이스에 추가될 것이고, 이로써 이 카트리지 타입을 사용한 향후의 시험은 원격 컴퓨팅 장치와 통신할 필요 없이 자동으로 인식되어 실시될 것이다.
블록(3208)에 도시된 대로, 다양한 구체예에서, 전산화된 리더가 카트리지의 제1 저장소에 샘플 수집 장치의 삽입을 검출한다. 상기 음파처리 논의에서 더 상세히 제공된 대로, 이 검출을 달성하기 위해 다양한 과정이 실시될 수 있다. 다양한 구체예에서, 리더의 프로세서는 부분적으로 또는 전체적으로 압전 요소로 이루어진 리더의 음파처리기 요소로부터 신호를 수신한다. 음파처리기 요소를 모니터하여 저장소 내에서 기계적 사건으로부터 발생된 신호의 변화를 확인함으로써, 프로세서는 압력의 변화 및/또는 공명의 변화 및/또는 반사된 신호(압력 또는 음파)의 변화가 제1 저장소에서 발생한 때를 압전 구성요소가 기계적 신호를 증폭될 수 있는 전기 신호로 변환하는 능력을 통해서 확인할 수 있으며, 이것은 상기 압전 요소와 전자 통신하는 회로망과 프로세서의 조합을 통해 이해될 수 있다; 이러한 변화는 저장소에 샘플 수집 장치의 진입을 나타낸다.
블록(3210)에서 리더의 프로세서는 신소를 음파처리기로 전송하여 제1 저장소 내부에 배치된 액체 내에서 복수의 시약, 친화성 분자, 및 샘플 입자를 혼합하기 위한 음파처리 프로토콜을 개시하도록 명령한다. 다양한 구체예에서, 결과의 혼합물은 표적 분석물, 표적 분석물 및 검출제, 및/또는 경쟁적 결합제에 결합된 자성 입자를 포함한다. 본원에서 사용된 샌드위치 복합체는 표적 분석물과 검출제에 직접 또는 간접 결합된 자성 입자를 말한다; 경쟁적 결합 복합체는 경쟁적 결합제에 결합된 자성 입자를 말한다. 샌드위치 복합체와 경쟁적 결합 복합체는 모두 복합체 내에 결합된 검출제를 포함한다. 여기 설명된 한 구체예에서, 검출제는 산화 효소이다.
블록(3212)에 도시된 대로, 일부 구체예에서, 리더는 전류를 생성하고, 이것은 제1 가열요소를 가열하거나 자극하며, 이로써 열이 카트리지 내부의 제1 열-작동 밸브로 전달된다. 일부 구체예에서, 이것은 밸브가 용융하거나 다른 상변화를 겪도록 하고, 이로써 액체가 제1 저장소로부터 모세관 작용을 통해서 분석 채널로 유동하는 것을 허용한다. 액체가 유동함에 따라 그것은 혼합물을 함께 수송하고, 샌드위치 복합체 및/또는 경쟁적 결합 복합체 내의 자성 입자를 포함하는 혼합물 내의 자성 입자가 분석 채널 내에서 하나 이상의 자기장 위에 국소화하여 하나 이상의 국소화 샘플을 형성한다.
선택적으로, 블록(3214)에서 리더는 전류를 생성하고, 이것은 카트리지 내부의 제2 밸브가 상변화를 거쳐 세척 용액이 제2 저장소로부터 분석 채널로 유동하도록 제2 가열 요소를 자극한다. 다양한 구체예에서, 세척 용액은 하나 이상의 국소와 샘플로부터 자성 입자에 간접적으로 결합되지 않은 산화 효소(또는 다른 검출제)를 제거한다.
블록(3216)에서, 리더는 전류를 생성하고, 이것은 카트리지 내부의 제3 밸브가 상변화를 거쳐 기질의 용액이 제3 저장소에서 분석 채널로 유동하도록 제3 가열 요소를 가열하거나 자극한다. 다양한 구체예에서, 검출제가 산화 효소인 경우, 각 국소화 샘플의 샌드위치 복합체 및/또는 경쟁적 결합 복합체 내의 산화 효소는 상기 기질 분자를 수송하는데 사용된 수성 매질에 존재하는 기질 분자를 산화시킨다. 샌드위치 복합체가 존재하는 구체예에서, 산화가 전기화학 센서와 실질적으로 그것을 넘는 액체의 부피에 의해서 형성된 전기화학 셀에서 일어나고, 전자가 전기화학 센서의 작동 전극에서 상기 센서를 실질적응로 넘는 부피까지 국소화 샘플 내에 존재하는 표적 분석물의 양에 비례하는 양으로 흐른다. 경쟁적 결합 복합체가 존재하는 구체예에서, 산화는 전기화학 센서와 상기 센서를 실질적으로 넘는 액체의 부피에 의해서 형성된 전기화학 셀에서 일어나고, 전자가 전기화학 셀의 작동 전극에서 국소화 샘플 내에 존재하는 표적 분석물의 양에 역으로 비례하는 양으로 흐른다.
블록(3218)에서 리더의 프로세서는 전기화학 센서에서 검출되는 제1 신호를 리더의 전기 커넥터로부터 수신한다. 다양한 구체예에서, 신호는 전압 또는 전류 신호이다. 적어도 신호의 일부는 기질의 산화에 의해서 야기된다. 블록(3220)에서 리더의 프로세서는 기준 센서에 의해서 검출된 제2 신호를 리더의 전기 커넥터로부터 수신한다. 블록(3222)에서 리더의 프로세서는 시스템에 존재할 수 있는 노이즈를 고려하고 및/또는 제거하기 위해 제1 신호로부터 제2 신호를 제거하기 위해 차감하거나 다른 알고리즘을 적용함으로써 결과의 신호를 계산한다. 블록(3224)에서 리더의 프로세서는 표적 분석물의 존재 및/또는 양을 확인하기 위해 결과의 신호를 처리하고 분석한다. 선택적으로, 블록(3226)에 도시된 대로, 일부 구체예에서, 리더는 추가의 가공, 저장, 서버 전송, 및/또는 사용자에게 결과 표시를 위해 시험 결과를 나타내는 신호를 이동식 컴퓨팅 장치로 전송한다.
전술한 내용은 예시 및 실시예의 방식으로 일부 구체예의 상세한 설명을 포함하지만 이들 구체예의 교시에 비추어 첨부된 청구항의 범위나 정신으로부터 벗어나지 않고 많은 변화 및 변형이 이루어질 수 있음이 당업자에게 자명할 것이다.

Claims (16)

  1. 표적 분석물의 검출을 위한 전기화학 센서 장치로서,
    미세유동 채널 내에 위치한 적어도 하나의 작동 전극; 및
    미세유동 채널 내에 위치한 적어도 하나의 기준 전극을 포함하고,
    상기 작동 전극은 미세유동 채널에 존재할 때 표적 분석물의 양과 상관되는 양으로 적어도 하나의 산화 효소에 의해서 기질로부터 이탈된 전자를 보충하기 위해 전자를 방출하도록 구성되고,
    상기 작동 전극의 표면은 화학적으로 변형되고, 표면의 화학 변형은 헥사에틸렌 글리콜 디티올을 포함하는 티올화된 에틸렌 글리콜을 포함하는, 표적 분석물의 검출을 위한 전기화학 센서 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 미세유동 채널 내에 위치한 적어도 하나의 카운터 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 센서 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 미세유동 채널의 벽을 형성하는 회로판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 센서 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 미세유동 채널에 복수의 작동 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 센서 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 미세유동 채널 내에 적어도 하나의 주변 전기화학 노이즈 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 센서 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 작동 전극 및 상기 적어도 하나의 주변 전기화학 노이즈 센서는 외부 프로세서에 전기적으로 연결되도록 구성되어, 프로세서가 채널에 존재할 때 표적 분석물의 적절한 검출을 위해 적어도 하나의 작동 전극으로부터 측정된 신호에서 적어도 하나의 주변 전기화학 노이즈 센서에 의해 측정된 신호를 제거할 수 있는 것을 특징으로 하는 전기화학 센서 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 작동 전극의 표면은 머캡토운데칸산 또는 머캡토헥산올을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 센서 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 작동 전극의 표면은 금도금된 것이거나 또는 금을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 센서 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 작동 전극의 표면은 친수성 헤드 기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 센서 장치.
  10. 제 2 항에 있어서, 적어도 하나의 작동 전극, 적어도 하나의 기준 전극, 및 적어도 하나의 카운터 전극 중 적어도 하나의 표면은 티올화된 에틸렌 글리콜을 포함하고, 머캡토운데칸산 또는 머캡토헥산올로 역충전된 것을 특징으로 하는 전기화학 센서 장치.
  11. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 작동 전극, 상기 적어도 하나의 기준 전극, 및 상기 적어도 하나의 카운터 전극 중 적어도 하나의 표면은 금 도금을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 센서 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 기준 전극과 동일한 기준 전극을 공유하도록 구성된 2개 이상의 작동 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 센서 장치.
  13. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 카운터 전극과 동일한 카운터 전극을 공유하도록 구성된 2개 이상의 작동 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 센서 장치.
  14. 제 2 항에 있어서, 복수의 작동 전극을 더 포함하고, 상기 복수의 작동 전극 중 2개 이상의 작동 전극은 적어도 하나의 카운터 전극의 동일한 카운터 전극 및 적어도 하나의 기준 전극의 동일한 기준 전극을 공유하는 것을 특징으로 하는 전기화학 센서 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 2개 이상의 작동 전극, 동일한 기준 전극 및 동일한 카운터 전극 중 적어도 하나의 전극의 표면은 티올화된 에틸렌 글리콜을 포함하고, 머캡토운데칸산 또는 머캡토헥산올로 역충전된 것을 특징으로 하는 전기화학 센서 장치.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 기준 전극은 독립적으로 바이어스되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기화학 센서 장치.
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