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KR102375818B1 - 검체 분석 장치 및 방법 - Google Patents

검체 분석 장치 및 방법 Download PDF

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KR102375818B1
KR102375818B1 KR1020200064626A KR20200064626A KR102375818B1 KR 102375818 B1 KR102375818 B1 KR 102375818B1 KR 1020200064626 A KR1020200064626 A KR 1020200064626A KR 20200064626 A KR20200064626 A KR 20200064626A KR 102375818 B1 KR102375818 B1 KR 102375818B1
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Abstract

본 발명은 검체 분석 장치를 제공한다. 본 발명은 베이스와, 상기 베이스의 단부에 배치되는 커넥터와, 상기 베이스에 장착되되, 상기 커넥터의 온도를 조절하는 온도 조절 부재, 및 상기 온도 조절 부재의 발열을 조절하여 상기 커넥터의 일면에 부착되는 피펫 팁의 접합력을 조절하는 컨트롤러를 포함한다.

Description

검체 분석 장치 및 방법{Apparatus and method for analyzing samples}
본 발명은 간단하고 신속하게 피펫 팁을 장착 및 탈착 할 수 있는 검체 분석 장치 및 방법에 관한 것이다.
생화학 실험에서 액체를 분주할 때 피펫팅 도구를 사용한다. 마이크로 피펫은 1957년에 독일에서 개발된 이후 생화학실험에서 액체를 이송하고나 분주할 때 편리하게 사용하는 도구이다.
일반적으로 피펫팅 도구는 정확하게 계량된 체적의 액체 샘플을 운반하기 위해 사용된다. 피펫팅 도구는 중공 원통형의 피펫 본체와, 피펫 본체 내에서 축방향으로 이동 가능하게 설치되는 피스톤으로 구성된다. 이와 같은 피펫팅 도구는 피스톤을 먼저 피펫 본체 내에서 일정 행정만큼 하향으로 이동시킨 후 다시 상향으로 이동시킴으로써, 액체 샘플이 피펫의 하단부에 끼워진 팁 내에 흡입된다. 이어서, 피펫팅 도구를 원하는 위치로 이동시킨 후, 피스톤을 다시 하향 이동시킴으로써 상기 흡입된 액체 샘플이 외부로 분배된다.
피펫팅을 위해서는 피펫 본체의 하단에 피펫 팁을 끼워야 한다. 종래에는 피펫 본체의 하단이나 피펫 팁을 탄성 변형시켜서 결합하였다. 그러나, 피펫 본체나 피펫 팁을 탄성 변형하기 위해서 상대적으로 큰 힘이 필요하므로, 피펫 팁을 결합하기 위해서 추가적으로 조립 장비가 요구된다.
또한, 피펫 팁은 조립시에 받는 강한 힘을 견딜 수 있는 내구성을 탄성 복원력을 가져야 하고, 힘을 전달받기 위해서 피펫 팁에서 결합되는 부위가 어느 정도 길어야 한다. 피펫 팁이 어느 정도의 길이나 부피를 가져야 하므로 보관성 및 활용성에 제약이 있다.
본 발명은 온도를 제어하여 피펫 팁을 간단하게 장착 및 탈착할 수 있는 검체 분석 장치 및 검체 분석 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일측면은, 베이스와, 상기 베이스의 단부에 배치되는 커넥터와, 상기 베이스에 장착되되, 상기 커넥터의 온도를 조절하는 온도 조절 부재, 및 상기 온도 조절 부재의 발열을 조절하여 상기 커넥터의 일면에 부착되는 피펫 팁의 접합력을 조절하는 컨트롤러를 포함하는 검체 분석 장치를 제공한다.
또한, 상기 온도 조절 부재는 상기 커넥터를 기 설정된 제1 온도 이상으로 상승시켜, 상기 커넥터에 상기 피펫 팁을 부착하고, 상기 커넥터를 상기 제1 온도보다 낮은 기 설정된 제2 온도로 하강시켜, 상기 커넥터에서 상기 피펫 팁을 분리할 수 있다.
또한, 상기 베이스와 연결되고, 상기 온도 조절 부재가 상기 커넥터를 상기 제1 온도와 상기 제2 온도 사이의 어느 하나의 온도로 설정 시에 상기 피펫 팁에 양압 또는 음압을 형성하는 구동 유닛을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 피펫 팁은 폴리카프로락톤(polycaprolactone; PLC), 폴리테트라에틸렌옥사이드(polytetramethylene oxide, PMTO) 및 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide; PEG) 중 적어도 하나를 포함하는 저온용융고분자(Low melting point polymer)를 포함할 수 있다.
상기 피펫 팁은 폴리카프로락톤(polycaprolactone; PCL)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 온도 조절 부재는 상기 컨트롤러에서 인가되는 전기의 극성이 변환되어 온도를 하강시킬 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 검체 분석 장치 및 검체 분석 방법은 피펫 팁을 간단하고 신속하게 부착 및 탈착 시킬 수 있다. 피펫 팁이 상대적으로 용융 온도가 낮은 고분자로 제조되고, 피펫 팁과 접촉하는 커넥터의 온도를 조절하여, 피펫 팁을 검체 분석 장치에 부착 및 탈착할 수 있다. 컨트롤러가 커넥터의 온도를 용융점 이상으로 설정하면 피펫 팁이 커넥터에 간단하게 부착된다. 이후, 컨트롤러가 커넥터의 온도를 하강시키면 커넥터와 피펫 팁의 접합력이 줄어들어 간단하고 깔끔하게 피펫 팁을 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 검체 분석 장치 및 검체 분석 방법은 안정적으로 검사 유체를 흡입 및 토출할 수 있다. 커넥터의 온도를 하강시키더라도, 피펫 팁과 커넥터의 접합력이 소정 수준 이상으로 설정되므로, 피펫 팁의 내부에 양압 또는 음압을 형성하더라도 실링이 유지되어 안정적으로 피펫팅을 할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 검체 분석 장치 및 카트리지를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 검체 분석 장치를 도시하는 도면이다.
도 3은 피펫 팁이 부착된 검체 분석 장치를 도시하는 도면이다.
도 4 및 도 5는 온도 변화에 따른 도 3의 A부분을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 6은 도 1의 컨트롤러의 온도 제어를 도시하는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 검체 분석 방법을 도시하는 순서도이다.
이하, 본 개시의 다양한 실시예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 개시의 다양한 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나, 이는 본 개시의 다양한 실시예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 다양한 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정일 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시의 다양한 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시의 다양한 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시의 다양한 실시예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 검체 분석 장치(100) 및 카트리지(10)를 도시하는 사시도이고, 도 2는 도 1의 검체 분석 장치(100)를 도시하는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 검체 분석 장치(100)는 분석 대상인 검체를 채취하여, 화학적 분석, 유전자 분석 또는 면역 분석 등 다양한 분석을 수행할 수 있다. 예컨대, 검체 분석 장치(100)는 피펫 팁(200)을 통해서 분석을 위해서 검사 액체를 카트리지(10)로부터 흡입 또는 배출할 수 있다.
카트리지(10)는 피펫 팁(200)이 저장되고, 피펫 팁(200)을 이용하여 검체를 채취할 수 있다. 카트리지(10)는 일측에 스토리지 홈(11)에 복수개의 피펫 팁(200)이 배치된다. 카트리지(10)와 피펫 팁(200)이 하나의 세트로 구성되므로, 검체 또는 시료 등을 채취하기 위해서 사용자는 피펫 팁(200)을 검체 분석 장치(100)에 부착하여 즉시 검체를 채취 및 분석할 수 있다.
카트리지(10)의 타측에는 복수개의 채취 홈(12)이 배치될 수 있다. 검체 유체가 채취 홈(12)에 주입되고, 사용자는 검체 분석 장치(100)에 피펫 팁(200)을 장착하고, 검체 유체를 채취 할 수 있다.
피펫팅을 위해서 카트리지(10)를 개봉하고, 검체 분석 장치(100)와 피펫 팁(200)을 아래와 같은 방식으로 접합시킨다. 채취 홈(12)에 피펫팅되는 검사 유체가 저장되고, 검체 분석 장치(100)가 공압을 조절하여, 피펫 팁(200)으로 검사 유체를 흡입 또는 배출할 수 있다.
검체 분석 장치(100)는 피펫 팁(200)을 장착하여, 검체 분석 장치(100)는 베이스(110), 온도 조절 부재(120), 커넥터(130), 방열 부재(140), 구동 유닛(150), 컨트롤러(160)을 포함할 수 있다.
검체 분석 장치(100)는 선택적으로 커넥터(130)에 부착되는 피펫 팁(200)을 구비할 수 있다. 예컨대, 일 실시예로, 도 1과 같이 피펫 팁(200)이 카트리지(10)에 세트로 구비되고, 검체 분석 장치(100)는 카트리지(10)와 별도로 구비되고, 검체 분석을 위해서 사용시에 검체 분석 장치(100)에 피펫 팁(200)이 부착될 수 있다. 다른 실시예로 검체 분석 장치(100)는 피펫 팁(200)을 포함한 세트로 구성될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해서 도 1과 같이 피펫 팁(200)은 카트리지(10)에 별도로 구비된 실시예를 중심으로 설명하기로 한다.
베이스(110)는 검체 분석 장치(100)의 외관을 형성하며, 내부에 유체가 이동하는 통로를 가질 수 있다. 베이스(110)는 검체 분석 장치(100)의 제어를 위해서 컨트롤러(160)가 장착될 수 있다. 도면에서는 베이스(110)가 원통형인 실시예를 나타내나, 이에 한정되지는 않으며 다양한 형상을 가질 수 있다.
베이스(110)의 내부에는 기체가 이동할 수 있는 채널(미도시)이 배치될 수 있다. 상기 채널은 튜브(155)에 의해서 구동 유닛(150)과 연결되어 피펫 팁(200)에 양압 또는 음압을 형성할 수 있다.
상기 채널은 일단이 구동 유닛(150)의 튜브(155)와 연결되고, 타단이 피펫 팁(200)과 연결된다. 구동 유닛(150)이 구동되어 베이스(110)로부터 기체를 흡입하면, 피펫 팁(200)에 음압이 형성되어 피펫 팁(200)에서 검사 유체가 흡입될 수 있다. 또한, 구동 유닛(150)이 구동되어 베이스(110)로 기체가 배출되면, 피펫 팁(200)에 양압이 형성되어 피펫 팁(200)에서 검사 유체가 배출될 수 있다.
온도 조절 부재(120)는 베이스(110)에 장착되되, 커넥터(130)의 온도를 조절할 수 있다. 온도 조절 부재(120)는 커넥터(130)와 베이스(110)의 사이에 배치되며, 온도 조절 부재(120)에서 생성된 열이 커넥터(130)로 전달될 수 있다. 또한, 온도 조절 부재(120)가 커넥터(130)를 냉각시킬 수 있다.
온도 조절 부재(120)는 발열 및 냉각되는 다양한 부품으로 구성될 수 있다. 예컨대, 온도 조절 부재(120)는 전기를 이용하여 커넥터(130)의 온도를 높이거나 낮출 수 있다. 또한, 온도 조절 부재(120)는 열을 전달하는 매체를 이용하여, 커넥터(130)의 온도를 높이거나 낮출 수 있다.
일 실시예로, 온도 조절 부재(120)는 열전 소자로 형성될 수 있으며, 컨트롤러(160)에서 인가되는 전기신호에 의해서 온도를 조절할 수 있다. 온도 조절 부재(120)에 직류 전원이 인가되면, 온도 조절 부재(120)에서 발열되면서 커넥터(130)의 온도가 상승될 수 있다.
일 실시예로 온도 조절 부재(120)에 인가되는 직류 전원(125)의 공급 방향이 바뀌면, 온도 조절 부재(120)는 냉각되면서 커넥터(130)의 온도를 하강시킨다. 열전 소자인 온도 조절 부재(120)는 컨트롤러(160)에 의해서 직류 전원의 극성이 조절되어, 커넥터(130)의 온도를 상승 또는 하강 시킬 수 있다.
온도 조절 부재(120)는 직류 전원(125)와 제1 와이어(121) 및 제2 와이어(122)에 의해서 전기적으로 연결된다. 컨트롤러(150)에서 커넥터(130)의 온도를 상승시키는 신호를 인가되면, 직류 전원(125)는 제1 와이어(121)에서 온도 조절 부재(120)로 전류가 공급되고, 다시 제2 와이어(122)로 되돌아 오는 회로를 형성한다. 반면에, 컨트롤러(160)에서 커넥터(130)의 온도를 하강시키는 신호가 인가되면, 직류 전원(125)는 제2 와이어(122)에서 온도 조절 부재(120)로 전류가 공급되고, 다시 제1 와이어(121)로 되돌아 오는 회로를 형성한다.
다른 실시예로, 온도 조절 부재(120)는 히팅 파트(미도시)와 냉각 파트(미도시)를 각각 구비할 수 있다. 상기 히팅 파트와 상기 냉각 파트는 특정한 부품에 한정되지 않으며, 각각 발열 기능을 가지는 구성과 냉각 기능을 가지는 구성으로 정의될 수 있다. 커넥터(130)의 온도를 상승시키기 위해서는 컨트롤러(160)가 온도 조절 부재(120)의 상기 히팅 파트를 구동하며, 커넥터(130)의 온도를 하강시키기 위해서는 컨트롤러(160)가 온도 조절 부재(120)의 상기 냉각 파트를 구동할 수 있다.
커넥터(130)는 베이스(110)의 단부에 배치되며, 피펫 팁(200)이 부착될 수 있다. 커넥터(130)는 온도 조절 부재(120)와 접촉하여, 온도 조절 부재(120)가 발열되면 커넥터(130)의 온도가 상승하고, 온도 조절 부재(120)가 냉각되면 커넥터(130)의 온도가 하강한다.
커넥터(130)는 열 전도도가 높은 재료로 형성될 수 있으며, 일 예로, 커넥터(130)는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다.
커넥터(130)의 일면은 온도 조절 부재(120)와 접촉하고, 타면은 피펫 팁(200)과 접촉하므로, 열 전달의 속도를 높이기 위해 커넥터(130)의 두께는 얇게 설정된다. 일 예로, 커넥터(130)의 두께는 온도 조절 부재(120)의 두께보다 작게 설정되고, 방열 부재(140)의 두께보다 작게 설정될 수 있다.
커넥터(130)은 온도 조절 부재(120)에 분리 가능하게 조립될 수 있다. 검체 분석 장치(100)를 복수회 사용하여, 커넥터(130)의 표면에 이물질이 뭍으면, 커넥터(130)을 교체하여 사용할 수 있다.
커넥터(130)는 피펫 팁(200)의 플렌지 단(220)과 접촉하며, 플렌지 단(220)의 형상에 대응하도록 설정될 수 있다. 도면에서와 같이 플렌지 단(220)이 환형을 가지고, 커넥터(130)도 이에 대응하여 환형을 가질 수 있다.
커넥터(130)는 직경(d1)이 온도 조절 부재(120)의 직경(d2)보다 크게 설정될 수 있다. 커넥터(130)가 온도 조절 부재(120)를 모두 덮도록 설정되어, 온도 조절 부재(120)에서 발생되는 열이 완전하게 커넥터(130)로 전달 될 수 있다.
커넥터(130)의 직경(d1)은 피펫 팁(200)의 직경(d3)보다 크게 설정될 수 있다. 피펫 팁(200)을 부착 시에, 검체 분석 장치(100)는 커넥터(130)가 플렌지 단(220)의 위에 정렬되도록 베이스(110)를 이동한다. 커넥터(130)의 크기를 플렌지 단(220)보다 다소 크게 설정하여, 검체 분석 장치(100)가 피펫 팁(200)을 정확하게 정렬하지 않더라도 피펫 팁(200)을 검체 분석 장치(100)에 부착할 수 있다.
방열 부재(140)는 온도 조절 부재(120)와 베이스(110) 사이에 배치되어, 온도 조절 부재(120)에서 발생된 열이 베이스(110)로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 방열 부재(140)는 방열 기능을 가지는 재료로 형성되며, 방열 돌기(141)를 가질 수 있다.
방열 돌기(141)는 복수개가 방열 부재(140)의 외측에 배치되며, 기 설정된 간격으로 이격되게 배치된다. 방열 돌기(141)는 방열 부재(140)의 표면적을 높여서, 방열 효율을 높일 수 있다.
구동 유닛(150)은 베이스(110)와 연결되고, 구동시에 피펫 팁(200)에 양압 또는 음압을 형성할 수 있다. 구동 유닛(150)은 튜브(155)에 공기를 흡입하거나 배출하는 펌프를 구비하고, 컨트롤러(160)의 구동 신호에 의해서 구동될 수 있다. 다른 실시예로, 구동 유닛(150)은 시린지 유닛(미도시)으로 구성되어, 피스톤을 이동시켜서 피펫 팁(200)에 양압 또는 음압을 형성할 수 있다.
구동 유닛(150)은 컨트롤러(160)에 의해서 구동되며, 커넥터(130)의 온도가 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2) 사이의 온도인 제3 온도(T3)로 설정되면, 컨트롤러(160)로부터 구동 신호를 전달 받을 수 있다. 즉, 구동 유닛(150)은 커넥터(130)에 피펫 팁(200)이 부착된 상태를 유지할 정도의 접착력을 가지며, 동시에 피펫 팁(200)과 커넥터(130) 사이에 실링이 유지되는 제3 온도(T3)로 커넥터(130)가 설정된 이후에만, 구동하여 피펫 팁(200)을 통해서 검사 유체를 흡입 또는 배출한다.
컨트롤러(160)는 온도 조절 부재(120)의 발열 및/또는 냉각을 조절하여, 커넥터(130)의 일면에 부착되는 피펫 팁(200)의 접합력을 조절할 수 있다. 컨트롤러(160)는 온도 조절 부재(120)의 발열량 또는 냉각량을 제어하여 커넥터(130)의 표면 온도를 설정할 수 있다.
컨트롤러(160)은 커넥터(130)의 온도를 피펫 팁(200)의 용융 온도인 제1 온도(T1)로 설정하기 위해서, 온도 조절 부재(120)의 구동 신호를 인가할 수 있다. 컨트롤러(160)는 온도 조절 부재(120)의 발열량, 발열 시간 등을 제어하여, 커넥터(130)가 제1 온도(T1)로 설정되고, 온도가 유지될 수 있다.
컨트롤러(160)는 피펫 팁(200)을 분리하기 위해서, 커넥터(130)의 온도를 제2 온도(T2)로 하강시킬 수 있다. 컨트롤러(160)에 의해서 커넥터(130)가 제2 온도(T2)로 변화하면, 피펫 팁(200)의 접합력이 줄어든다. 사용자가 다른 도구를 이용하거나 사용자가 직접 피펫 팁(200)에 외력을 가하여, 커넥터(130)에서 피펫 팁(200)을 제거할 수 있다.
다른 실시예로, 컨트롤러(160)는 제2 온도로 커넥터(130)의 온도를 설정한 이후에, 구동 유닛(150)을 구동하여 피펫 팁(200)을 커넥터(130)에서 제거할 수 있다. 구동 유닛(150)이 피펫 팁(200)에 양압 또는 음압을 형성하면, 플렌지 단(220)과 커넥터(130)의 접합부분에서 균열이 증가하여, 피펫 팁(200)이 커넥터(130)에서 분리될 수 있다.
컨트롤러(160)는 온도 조절 부재(120)에 인가되는 전기의 극성을 조절하여 가열 또는 냉각시킬 수 있다. 커넥터(130)의 온도를 상승 시키기 위해서, 컨트롤러(160)는 직류 전원을 일 방향으로 인가하여 온도 조절 부재(120)에서 발열이 생성된다. 커넥터(130)의 온도를 하강시키기 위해서, 컨트롤러(160)는 직류 전원의 방향을 반대로 변환하여 인가하여, 온도 조절 부재(120)이 커넥터(130)로부터 열을 흡수한다.
컨트롤러(160)는 검체 분석 장치(100)를 전반적으로 제어하기 위해서 프로세서(미도시)를 구비할 수 있다. 구체적으로, 프로세서는 검체 분석 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 프로세서는 CPU, 램(RAM), 및/또는 롬(ROM)를 포함할 수 있다. 여기서, 롬은 시스템 부팅을 위한 명령어 세트가 저장되는 구성이고, CPU는 롬에 저장된 명령어에 따라 검체 분석 장치의 메모리에 저장된 운영체제를 램에 복사하고, O/S를 실행시켜 시스템을 부팅시킨다. 부팅이 완료되면, CPU는 저장유닛(640)에 저장된 각종 애플리케이션을 램에 복사하고, 실행시켜 각종 동작을 수행할 수 있다. 이상에서는 검체 분석 장치(100)가 하나의 CPU만을 포함하는 것으로 설명하였지만, 구현 시에는 복수의 CPU(또는 DSP, SoC 등)으로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따라, 프로세서는 디지털 신호를 처리하는 디지털 시그널 프로세서(digital signal processor(DSP), 마이크로 프로세서(microprocessor), TCON(Time controller)으로 구현될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 중앙처리장치(central processing unit(CPU)), MCU(Micro Controller Unit), MPU(micro processing unit), 컨트롤러(controller), 어플리케이션 프로세서(application processor(AP)), 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor(CP)), ARM 프로세서 중 하나 또는 그 이상을 포함하거나, 해당 용어로 정의될 수 있다. 또한, 프로세서는 프로세싱 알고리즘이 내장된 SoC(System on Chip), LSI(large scale integration)로 구현될 수도 있고, FPGA(Field Programmable gate array) 형태로 구현될 수도 있다.
검체 분석 장치는 프로세서의 처리 또는 제어를 위한 프로그램 및/또는 프로그램의 동작을 위한 다양한 데이터를 저장한 저장유닛(미도시)을 포함할 수 있다. 저장유닛은 검체 분석 장치에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 검체 분석 장치의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버 및/또는 클라우드로부터 다운로드 될 수 있다. 또한 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 검체 분석 장치의 기본적인 기능을 위하여 출고 당시부터 검체 분석 장치 상에 존재할 수 있다. 응용 프로그램은, 저장 매체에 저장되고, 프로세서에 의하여 검체 분석 장치의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다. 또한 상기 저장유닛은 피펫 팁(200)의 재료에 따른 설정 온도에 대한 데이터를 저장하는 DB를 포함할 수 있다. DB에 저장되는 데이터는 사용자에 의해 입력될 수도 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 외부 서버 또는 클라우드(미도시) 및/또는 외부 단말기(미도시)를 통해 전송될 수도 있다.
이를 위해 컨트롤러(160)는 데이터 송수신을 할 수 있도록 통신부(미도시)를 더 포함할 수 있는 데, 통신부는 블루투스 통신부, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신부, 근거리 무선 통신부(Near Field Communication unit), WLAN(와이파이) 통신부, 지그비(Zigbee) 통신부, 적외선(IrDA, infrared Data Association) 통신부, WFD(Wi-Fi Direct) 통신부, UWB(ultra wideband) 통신부, Ant+ 통신부 등의 근거리 통신부, 이동통신 망을 포함할 수 있다.
이하에서 제1 온도(T1)는 피펫 팁(200)의 용융 온도보다 높은 온도 정의한다. 제2 온도(T2)는 제1 온도(T1)보다 낮으며, 피펫 팁(200)과 커넥터(130)의 접합력이 줄어들어 커넥터(130)에서 피펫 팁(200)을 분리할 수 있는 온도로 정의한다. 제3 온도(T3)는 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2) 사이의 온도로, 피펫 팁(200)에서 양압 또는 음압이 생성시에, 피펫 팁(200)과 커넥터(130) 사이에 실링이 유지되고 피펫 팁(200)이 커넥터(130)에 상당한 접합력을 가지는 온도로 정의한다.
도 3은 피펫 팁(200)이 부착된 검체 분석 장치(100)를 도시하는 도면이고, 도 4 및 도 5는 온도 변화에 따른 도 3의 A부분을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 피펫 팁(200)은 검체 분석 장치(100)를 사용시에, 검체 분석 장치(100)에 결합되고, 이후 분리될 수 있다. 피펫 팁(200)은 검사유체가 흡입되며 콘 형상을 가지는 바디(210)와, 커넥터(130)에 장착되는 플렌지 단(220)을 구비할 수 있다.
도면에서는 바디(210)의 형상이 콘 형상인 것을 도시하나, 이에 한정되지 않으며 카트리지(10)의 채취 홈(12)의 형상이나, 검체 분석 장치(100)의 크기에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
바디(210)의 단부에는 개구(211)가 형성되어, 개구(211)를 통해서 검사 유체가 유입 또는 배출될 수 있다. 구동 유닛(150)에 의해서 피펫 팁(200)에 음압 또는 양압이 형성되면, 채취 홈(12)에 있는 검사 유체가 흡입 또는 배출될 수 있다.
플렌지 단(220)은 바디(210)에서 외측으로 연장되고, 커넥터(130)와 접합된다. 플렌지 단(220)이 커넥터(130)에 부착되어, 피펫 팁(200)과 커넥터(130)의 실링이 유지될 수 있다. 플렌지 단(220)은 커넥터(130)와의 접촉면적을 높여서, 피펫 팁(200)의 접합력을 높이고, 피펫 팁(200)이 안정적으로 검체 분석 장치(100)에 부착될 수 있다.
피펫 팁(200)의 플렌지 단(220)은 상대적으로 저온에서 용융되는 고분자 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 피펫 팁(200)은 섭씨 100도 보다 낮은 온도에서 용융되는 고문자 물질로 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1 온도(T1)로 설정된 커넥터(130)에 피펫 팁(200)이 부착되면, 피펫 팁(200)과 접촉하는 면에서 외측으로 밀려난다. 플렌지 단(220)의 상면은 약간 녹으면서 접합 영역(SA1)이 형성된다. 이때, 커넥터(130)의 접합면은 피펫 팁(200)의 접합 영역(SA1)과 소정의 접합력이 형성한다.
도 5를 참조하면, 피펫 팁(200)을 제거하기 위해서, 제2 온도(T2)로 커넥터(130)를 설정하면, 커넥터(130)와 접합하는 영역에서의 피펫 팁(200)은 급격한 온도 강하에 따라 부피가 수축된다. 플렌지 단(220)의 양단에서 내측으로 수축되어 피펫 팁(200)과 커넥터(130)의 접합력이 줄어든다.
특히, 플렌지 단(220)의 상단은 아래 방향으로 수축되므로, 플렌지 단(220)의 상면과 커넥터(130)의 면 사이의 결합력이 줄어든다. 플렌지 단(220)의 접합영역(SA2)는 수축력(CF)에 의해서 높이가 줄어든다. 커넥터(130)와 피펫 팁(200) 사이의 접합력이 줄어든 상태이므로, 사용자는 쉽게 커넥터(130)에서 피펫 팁(200)을 제거할 수 있다.
피펫 팁(200)은 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2) 사이의 제3 온도(T3)에서, 내부 공간에 양압 또는 음압이 형성된다. 즉, 검체 분석 장치(100)는 제3 온도(T3)에서 구동 유닛(150)이 구동되어, 검사 유체를 흡입 또는 배출 할 수 있다.
커넥터(130)의 온도가 제1 온도(T1)이거나, 제1 온도(T1)에 근접하면 커넥터(130)와 접촉하는 영역에 유동성이 높다. 따라서, 피펫 팁(200)의 내부 공간에 양압이나 음압이 형성되면 실링이 유지되지 않아, 검사 유체가 누출될 수 있다.
또한, 커넥터(130)의 온도가 제2 온도(T2)이거나 제2 온도(T2)에 근접하면 커넥터(130)와 피펫 팁(200)의 접합력이 낮다. 따라서, 피펫 팁(200)의 내부 공간에 양압이나 음압이 형성되면 내부 압력에 의해서 피펫 팁(200)이 커넥터(130)에서 분리될 수 있다.
그러므로, 피펫 팁(200)은 실링을 유지하면서, 안정적으로 검사 유체를 흡입 또는 배출하기 위해서, 검체 분석 장치(100)는 온도 조절 부재(120)가 커넥터(130)를 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2) 사이의 온도인 제3 온도(T3)로 설정한 이후에 구동 유닛(150)이 구동된다.
일 실시예로, 제3 온도(T3)는 제2 온도(T2)보다 제1 온도(T1)에 인접하게 설정될 수 있다. 피펫 팁(200)의 내부에 다소 높은 수준의 음압이나 양압이 형성될 때, 플렌지 단(220)이 낮은 온도로 설정되면 커넥터(130)에서 분리되나, 다소 높은 온도로 설정되면 플렌지 단(220)의 소정의 유동성을 가지고 있더라도 접합력이 강하기 때문에 분리되지는 않는다. 따라서, 피펫 팁(200)에서 검사 유체를 흡입 또는 배출하는 제3 온도(T3)는 피펫 팁(200)이 분리되는 제2 온도(T2) 보다 피펫 팁(200)이 부착되는 제1 온도(T1)에 다소 가깝게 설정될 수 있다.
피펫 팁(200)은 저온용융고분자(low melting point polymer)로 형성될 수 있다.
피펫 팁(200)은 일 실시예로 폴리카프로락톤(polycaprolactone; PCL) 수지로 형성될 수 있다.
폴리카프로락톤은 융점이 60도인 열가소성 고분자이므로, 제1 온도(T1)는 60도보다 높은 온도로 설정되며, 온도 조절 부재(120)에서 발생된 열이 커넥터(130)를 60도 이상으로 가열하면, 피펫 팁(200)의 플렌지 단(220)이 녹아, 도 4와 같이 피펫 팁(200)이 커넥터(130)에 부착된다.
또한, 플리카프로락톤으로 형성된 피펫 팁(200)은 온도가 대략 10도로 하강하면 폴리카프로락톤이 경화되면서 수축되고, 커넥터(130)와 플렌지 단(220)의 접착력이 줄어든다. 결국 피펫 팁(200)이 커넥터(130)에서 분리될 수 있다.
폴리카프로락톤으로 형성된 피펫 팁(200)은 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2) 사이의 온도인 제3 온도(T3), 더 상세히 대략 40도 정도로 하강하면, 피펫 팁(200)의 플렌지 단(220)은 약간 경화되지만, 플렌지 단(220)과 커넥터(130)의 실링은 유지되고, 상당한 수준의 접합력을 가지게 된다.
이때, 구동 유닛(150)이 구동되어, 피펫 팁(200) 내부에 음압 또는 양압이 설정되더라도, 피펫 팁(200)이 커넥터(130)에서 분리되지 않고 검사유체를 흡입 또는 배출할 수 있다.
다른 실시예로, 피펫 팁(200)은 폴리테트라에틸렌옥사이드(Polytetramethylene oxide, PMTO)로 형성될 수 있다. 또 다른 실시예로, 피펫 팁(200)은 폴리에틸렌 옥사이드(Polyetyhlene oxide, PEG)로 형성될 수 있다.
도 6은 도 1의 컨트롤러(160)의 온도 제어를 도시하는 그래프이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 검체 분석 방법을 도시하는 순서도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 컨트롤러(160)는 검체 분석 장치(100)를 구동하면서 온도 조절 부재(120)의 발열량 또는 냉각량을 제어할 수 있다.
검체 분석 방법은 온도 조절 부재를 구동하여 제1 온도(T1)로 커넥터를 설정하는 단계(S10), 피펫 팁을 커넥터에 부착하는 단계(S20), 온도 조절 부재를 조절하여 커넥터의 온도를 하강하는 단계(S30), 피펫 팁으로 액체를 흡입 및/또는 토출하는 단계(S40), 온도 조절 부재를 조절하여 커넥터를 제2 온도로 설정하는 단계(S50), 및 커넥터에서 피펫 팁을 분리하는 단계(S60)를 포함할 수 있다.
온도 조절 부재를 구동하여 제1 온도로 커넥터를 설정하는 단계(S10)에서는 피펫 팁(200)의 용융점보다 높은 제1 온도(T1)로 커넥터(130)의 온도를 설정한다. 컨트롤러(160)에서 전류를 인가하는 신호가 생성되면, 온도 조절 부재(120)는 커넥터(130)를 적어도 제1 온도(T1)로 상승시킨다. 도 6을 보면, 온도 조절 부재(120)가 구동되어 커넥터(130)는 P1 시점에서 제1 온도(T1)으로 설정된다.
피펫 팁을 커넥터에 부착하는 단계(S20)는 검체 분석 장치(100)에 피펫 팁(200)을 결합한다. 검체 분석 장치(100)를 피펫 팁(200)의 상부에 정렬한 상태에서, 커넥터(130)에 피펫 팁(200)의 플렌지 단(220)을 부착한다. 플렌지 단(220)은 커넥터(130)에 부착되고 소정의 접합력을 형성한다. 도 6을 보면, 피펫 팁(200)을 P1 시점에서 P2시점 사이에 커넥터(130)에 부착한다.
온도 조절 부재를 조절하여 커넥터의 온도를 하강하는 단계(S30)에서는 피펫 팁(200)과 커넥터(130)의 실링을 유지하고 소정의 접합력을 가지는 상태로 설정한다. 도 6의 P2 시점에서 P3 시점까지 온도가 떨어지면서 커넥터(130)의 온도가 제3 온도(T3)로 설정된다.
즉, 컨트롤러(160)는 온도 조절 부재(120)에서 열을 흡수하도록 제어하여, 커넥터(130)의 온도를 하강시켜 제3 온도(T3)로 설정한다. 일 예로, 컨트롤러(160)는 직류 전원의 방향을 전환하여, 열전 소자인 온도 조절 부재(120)에서 냉각 기능이 구동될 수 있다.
피펫 팁으로 액체를 흡입 및/또는 토출하는 단계(S40)에서는 구동 유닛(150)이 구동되어 피펫 팁(200)으로 검사 유체가 흡입 또는 배출될 수 있다. 컨트롤러(160)에 의해서 구동 유닛(150)이 구동되고, 피펫 팁(200)의 내부 공간에 음압 또는 양압이 형성된다.
구동 유닛(150)이 구동하면 우선 피펫 팁(200)에 음압이 형성되고, 검사 유체가 피펫 팁(200)의 개구를 통해서 내부 공간으로 유입된다. 이후 검사 유체를 배출하기 위해서 구동 유닛(150)이 구동하여 피펫 팁(200)에 양압이 형성되고, 검사 유체가 피펫 팁(200)의 개구를 통해서 배출될 수 있다. 도 6을 보면, P3 시점에서 P4 시점까지 검체 분석 장치(100)가 검체를 피펫팅할 수 있다.
온도 조절 부재를 조절하여 커넥터를 제2 온도로 설정하는 단계(S40)에서는 피펫팅이 완료되므로, 피펫 팁(200)을 제거하기 위해서 커넥터(130)의 온도를 하강시킨다. 전술한 바와 같이, 피펫 팁(200)과 커넥터(130)의 접합력은 온도가 하강하면 피펫 팁(200)의 수축으로 줄어든다. 컨트롤러(160)는 온도 조절 부재(120)를 구동하여 커넥터(130)를 제2 온도(T2)까지 떨어뜨린다. 도 6을 보면, P4시점에서 P5시점까지 온도 조절 부재(120)가 열을 흡수하여 커넥터(130)의 온도가 제2 온도(T2)로 하강하고, 커넥터(130)와 피펫 팁(200)의 접합력이 줄어든다.
커넥터에서 피펫 팁을 분리하는 단계(S60)에서는 피펫 팁(200)이 커넥터(130)에서 분리된다. 피펫 팁(200)과 커넥터(130)의 접합력이 매우 작으므로, 사용자가 쉽게 피펫 팁(200)을 분리할 수 있다.
폴리카프로락톤으로 피펫 팁을 제조하고, 온도에 따라 피펫 팁의 접합력을 측정하였다. 피펫 팁은 플렌지 단의 외경이 11.8mm, 내경이 6.8mm이고, 두께는 1.5mm로 설정하였다.
커넥터의 온도가 70도로 설정하고 피펫 팁을 커넥터에 부착하였으며, 커넥터의 온도를 하강하면서 피펫 팁과 커넥터의 접합력을 측정하였다. 접합력은 피펫 팁을 커넥터에서 분리하기 위한 무게로 측정하였다. 전자 저울을 이용하여 피펫 팁이 커넥터에서 분리되는 시점에서의 무게를 측정하였다.
피펫 팁(200)과 접촉하는 커넥터(130)의 온도 변화에 따라 피펫 팁(200)의 접합력을 측정하면 아래의 표 1과 같다.
온도(Temp, ℃) 접합력(g)
50 1700
40 506
30 317
20 42
표1을 보면, 커넥터의 온도가 50도로 되면, 피펫 팁과 커넥터가 여전히 강한 접합력을 유지하고 있다. 이때, 구동 유닛이 구동되어 피펫 팁의 내부가 양압 또는 음압이 설정되더라도, 피펫 팁은 실링 상태가 유지되면서 피펫팅 기능이 안정적으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 검체 분석 장치 및 검체 분석 방법은 피펫 팁을 간단하고 신속하게 부착 및 탈착 시킬 수 있다. 피펫 팁이 상대적으로 용융 온도가 낮은 고분자로 제조되고, 피펫 팁과 접촉하는 커넥터의 온도를 조절하여, 피펫 팁을 검체 분석 장치에 부착 및 탈착할 수 있다. 컨트롤러가 커넥터의 온도를 용융점 이상으로 설정하면 피펫 팁이 커넥터에 간단하게 부착된다. 이후, 컨트롤러가 커넥터의 온도를 하강시키면 커넥터와 피펫 팁의 접합력이 줄어들어 간단하고 깔끔하게 피펫 팁을 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 검체 분석 장치 및 검체 분석 방법은 안정적으로 검사 유체를 흡입 및 토출할 수 있다. 커넥터의 온도를 하강시키더라도, 피펫 팁과 커넥터의 접합력이 소정 수준 이상으로 설정되므로, 피펫 팁의 내부에 양압 또는 음압을 형성하더라도 실링이 유지되어 안정적으로 피펫팅을 할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 검체 분석 장치
110: 베이스
120: 온도 조절 부재
130: 커넥터
140: 방열 부재
150: 구동 유닛
160: 컨트롤러
200: 피펫 팁

Claims (5)

  1. 베이스;
    상기 베이스의 단부에 배치되는 커넥터;
    상기 베이스에 장착되되, 상기 커넥터의 온도를 조절하는 온도 조절 부재; 및
    상기 온도 조절 부재의 발열을 조절하여 상기 커넥터의 일면에 부착되는 피펫 팁의 접합력을 조절하는 컨트롤러; 및
    상기 피펫 팁에 양압 또는 음압을 형성하는 구동 유닛;을 포함하고,
    상기 온도 조절 부재는
    상기 커넥터를 기 설정된 제1 온도 이상으로 상승시켜, 상기 커넥터에 상기 피펫 팁을 부착하고,
    상기 커넥터를 상기 제1 온도보다 낮은 기 설정된 제2 온도로 하강시켜, 상기 커넥터에서 상기 피펫 팁을 분리하며,
    상기 컨트롤러는
    상기 온도 조절 부재가 상기 커넥터를 상기 제1 온도와 상기 제2 온도 사이의 온도로 설정하면, 상기 구동 유닛을 구동하는, 검체 분석 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 피펫 팁은 폴리카프로락톤(polycaprolactone; PLC), 폴리테트라에틸렌옥사이드(polytetramethylene oxide, PMTO) 및 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide; PEG) 중 적어도 하나를 포함하는 저온용융고분자(Low melting point polymer)를 포함하는, 검체 분석 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 온도 조절 부재는
    상기 컨트롤러에서 인가되는 전기의 극성이 변환되어 온도를 하강시키는, 검체 분석 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
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