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KR20090035465A - 박막화학분석장치 및 이를 이용한 분석방법 - Google Patents

박막화학분석장치 및 이를 이용한 분석방법 Download PDF

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KR20090035465A
KR20090035465A KR1020087022083A KR20087022083A KR20090035465A KR 20090035465 A KR20090035465 A KR 20090035465A KR 1020087022083 A KR1020087022083 A KR 1020087022083A KR 20087022083 A KR20087022083 A KR 20087022083A KR 20090035465 A KR20090035465 A KR 20090035465A
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Abstract

본 발명은 장기간의 유통 및 보관 기간 동안에 충격 및 온도와 같은 환경 요소에 의해 유발되는 밀봉(sealing) 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 검체를 신속하고 용이하게 검출할 수 있는 박막 화학 분석 장치 및 그를 이용한 분석 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 따른 박막 화학 분석 장치는 생물학적 또는 생화학적 분석에 필요한 유체를 저장하거나 생물학적 또는 생화학적 반응을 수행할 수 있는 하나 이상의 챔버들; 상기 유로들 사이 또는 내부에 배치되어 상기 유로들에 연결되는 유공들; 상기 챔버들, 유로들 및 유공들이 집적화된 회전 가능한 몸체; 및 상기 유공을 폐쇄하여 상기 챔버 내의 유체를 밀봉하는 밀봉 수단을 구비하고, 상기 몸체의 회전에 의해 발생되는 원심력에 의해 밀봉 수단이 유공으로부터 파열되어 상기 유공을 개방하는 버스트 밸브(burst valve)를 포함한다.

Description

박막 화학 분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법{THIN FILM CHEMICAL ANALYSIS APPARATUS AND ANALYSIS METHOD USING THE SAME}
본 발명은 박막 화학 분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 랩온어칩, 단백질 칩 및 DNA 칩과 같은 유체 내 소량의 물질을 진단 및 탐지하는 박막형 장치에 적합한 박막 화학 분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법에 관한 것이다.
본 특허 출원은 선 출원된 국내 특허 출원 "핵산 및 올리고뉴클레오티드의 상보적 이중결합의 특정 서열에 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치"(2001.01.27.: 출원 번호 10-2001-0003956); PCT 출원 "핵산 및 올리고뉴클레오티드의 상보적 이중가닥 또는 단일가닥에 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치"(2002.01.27.: 출원 번호 PCT/KR02/00126); 국내 특허 출원 "초소형 구슬을 이용한 박막 밸브 장치 및 제어 방법"(2001.05.31.: 출원 번호 10-2001-0031284); PCT 출원 "초소형 구슬을 이용한 박막 밸브 장치 및 제어 방법"(2002.05.31.: 출원 번호 PCT/KR02/01035); 국내 출원 "바이오 디스크 및 바이오 드라이버 장치 및 이들을 이용한 분석 방법"(2002.3.27.: 출원 번호 10-2002-0017558호); 국내 출원 "디지털 바이오 디스크 및 디지털 바이오 디스크 드라이버 장치 및 방법"(출원 번호 10-2005-0038765); 및 PCT 출원 "디지털 바이오 디스크 및 디지털 바이오 디스크 드라이버 장치 및 방법"(출원 번호 PCT/KR2006/001709)의 연속이다.
최근까지 유체 내 소량의 분석종 탐지를 위한 대부분의 임상 진단 분석 장치에는 다중 샘플 준비 및 자동화된 시약 첨가용 장치를 설계하고 병렬 또는 직렬로 수많은 테스트 샘플을 분석하기 위한 장치를 설계함으로써 효율성 및 경제성이 개선되었다. 종종 이러한 자동화된 시약 준비장치 및 자동화된 다중 분석기가 단일 박막 장치에 집적된다. 이러한 형태의 박막형 임상실험 분석기는 한 시간 이내에 소량의 샘플과 시약을 가지고 수백 가지 분석을 자동 또는 반자동으로 정확히 수행할 수 있다. 그러나, 이러한 박막형 분석기는 상기 샘플 또는 시약(효소 및 버퍼 용액)의 흐름 및 유량을 제어하기 위한 밸브가 필수적이지만 설계가 복잡하여 박막화 하기 어려운 문제가 있다.
따라서, 이러한 문제를 극복하기 위해 간단하고, 박막에 적합한 밸브와 이를 집적화한 박막 화학 분석 장치가 절실히 필요하다.
＜박막으로서의 CD 와 DVD＞
12cm 폴리카보네이트 기판, 반사금속층 및 보호 라커코팅으로 부터 표준 컴팩트 디스크가 형성된다. CD와 CD-ROM의 포맷은 ISO 9660 공업표준에 의해 기술된다.
폴리카보네이트 기판은 광학 품질의 투명한 폴리카보네이트이다. 표준 인쇄 또는 대량 복제된 CD에서 데이타층은 폴리카보네이트 기판의 일부이고 데이타는 사 출성형 공정 동안 스탬퍼(stamper)에 의해 일련의 피트형태로 새겨진다. 이 사출성형 공정 동안 용융된 폴리카보네이트가 몰드에 고압하에서 주입되고 이후에 냉각되어서 폴리카보네이트가 몰드 또는 "스탬퍼" 또는 "스탬프"의 거울상 형태를 가지며 디스크 기판상의 이진 데이타를 나타내는 피트가 생성되어서 마스터링(mastering) 공정 동안 발생된 스탬퍼의 피트의 거울상으로서 폴리카보네이트 기판에 의해 유지된다. 스탬핑 마스터는 대체로 유리이다.
이러한 디스크는 박막 화학 분석 장치와 같은 유체 내 소량의 물질을 진단 및 탐지하는 박막 형태의 분석 장치로 변형 및 개조가 가능하며, 이 경우 사출성형 공정 동안 디스크 표면에 피트 대신, 유체가 흐를 수 있는 유로(channel) 및 버퍼(buffer) 용액을 저장할 수 있는 챔버(chamber), 유공(hole) 및 밸브 등이 형성될 수 있다.
통상의 랩온어칩(Lab on a chip)은 화학 공정상에 필요한 많은 액상(liquid phase)의 바이오 및 화학 물질을 저장하기 위한 복수개의 챔버를 구비하고 있으며, 이는 당해업자들이 주지하는 바이다. 그러나 랩온어칩이 실질적으로 상용화되려면, 다음 2가지 문제가 필수적으로 해결되어야만 한다.
첫째, 챔버가 물리적 밸브로 밀폐(closing)되어 있을지라도, 유통 및 보관 기간 동안 랩온어칩의 몸체는 충격 및 온도와 같은 환경 요소에 의해 열팽창과 수축을 반복하게 되고 이로 인해 밸브에 미세한 틈이 생긴다. 이 경우 챔버 내의 저장된 액체는 상기의 미세한 틈을 통한 모세관 현상에 의해 액체가 챔버밖으로 유출된다.
둘째, 챔버상에 저장된 액상(liquid phase) 물질을 장기간 안정되게 챔버내에 저장되어 있어야 한다. 그러나, 랩온어칩이 장기간에 걸쳐 온도와 같은 환경요소에 노출되면 챔버내에 저장된 액체 자체에서 발생되는 증발 현상 및 대류 작용으로 인해 액체가 압력을 받아, 상기의 미세한 틈을 통해 액체가 챔버밖으로 유출된다.
생금속 물질(biometallic material)과 가열된 웰(heated well)에 의한 온도 경사(temperature gradient)를 이용한 밸브에 관한 미국 특허 공개 "Partitioned Microelectronic device array"(US005863708A)가 있으나, 바이오 물질의 손상 없이 "열 제어"에 의해 밸브를 제어하는 것이 어려울 뿐만 아니라 상기 액체 내에서 일어나는 증발 및 대류에 의한 액체 밀봉(sealing) 문제를 극복하지 못해 실용화하는데 있어서, 많은 문제를 안고 있다.
또한 미국 특허 "Devices and methods for using centripetal acceleration to drive fluid movement on a microfluidics system"(US 6,063,589), "Apparatus and method for continuous centrifugal blood cell separation"(US 5,186,844) 및 "Modified siphons for improving metering precision"(US 6,752,961)에 예시된 모세관 버스트 밸브(capillary burst valve)는 회전 속도를 점점 증가시켜 가면서 원 중심으로부터 바깥 방향으로 액체를 점진적으로 이동시키도록 챔버를 구성한 방식으로 처음은 늦은 속도로 디스크를 회전시키다가, 이후 더 빠른 회전에 의해 다음 챔버로 유체를 이동시키는 방식이다. 이러한 밸브는 처음부터 빠른 속도를 필요로 하는 원심분리를 포함한 랩온어칩 공정에는 이러한 모세 버스트 밸브를 사용할 수 없으며 이러한 모세관 버스트 밸브는 1회만 개방이 가능하며, 일단 개방된 후에는 다시는 폐쇄시키는 못하는 것이 치명적인 단점이다.
또한 이러한 밸브는 상기 2가지 문제를 해결치 못해 챔버내에 액체를 장기간보관 할 수 없으며, 미국특허 US 6,752,961의 경우 별도의 희석 용액 튜브(diluent container)를 두어 액체를 따로 저장하며 사용 직전에 이 튜브를 터트려서 튜브 내에 저장된 액체를 사용 하는 방식을 취하고 있다. 이 경우 부피가 큰 튜브를 디스크 내에 저장해야 하므로 디스크의 박막화가 불가능하다.
기술적 과제
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 장기간의 유통 및 보관 기간 동안에 충격 및 온도와 같은 환경 요소에 의해 유발되는 밀봉(sealing) 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 검체를 신속하고 용이하게 검출할 수 있는 박막 화학 분석 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 장기간의 유통 및 보관 기간 동안에 충격 및 온도와 같은 환경 요소에 의해 유발되는 밀봉(sealing) 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 검체를 신속하고 용이하게 검출할 수 있는 분석 방법을 제공하는 것이다.
기술적 해결방법
본 발명은 생물학적 또는 생화학적 분석에 필요한 유체를 저장하거나 생물학적 또는 생화학적 반응을 수행할 수 있는 하나 이상의 챔버들; 상기 챔버들을 유체 연결하는 유로들; 상기 유로들 사이 또는 내부에 배치되어 상기 유로들에 연결되는 유공들; 상기 챔버들, 유로들 및 유공들이 집적화된 회전 가능한 몸체; 및 상기 유공을 폐쇄하여 상기 챔버 내의 유체를 밀봉하는 밀봉 수단을 구비하고, 상기 몸체의 회전에 의해 발생되는 원심력에 의해 밀봉 수단이 유공으로부터 파열되어 상기 유공을 개방하는 버스트 밸브(burst valve)를 포함하는 박막 화학 분석 장치를 제공한다.
상기 박막 화학 분석 장치는 상기 버스트 밸브가 배치되는 유로에서 상기 버스트 밸브와 직렬로 연결되고 상기 유로를 가역적으로 개폐할 수 있는 박막 밸브를 더 포함하여, 상기 챔버의 밀봉성을 보장하는 동시에 가역적인 개폐를 가능하게 할 수 있다.
상기 박막 밸브의 출구 또는 입구에 상기 버스트 밸브가 직렬로 연결될 수 있다. 상기 버스트 밸브는 유통 기간 동안 액체 저장 챔버의 출구에 설치되어 액체 저장 챔버의 출구를 완전히 밀봉할 수 있으며, 이 경우 액체 저장 챔버 내의 액체가 박막 밸브로 유출되지 않음으로써, 기존 박막 밸브의 치명적 문제인 장기간의 밀폐력에 대한 문제점을 해결할 수 있다.
더욱이, 1회용(일단 한번 개방하면 다시는 밸브를 폐쇄를 못 시킨다는 의미)이라는 버스트 밸브의 단점을 극복할 수 있다. 즉, 버스트 밸브는 유통 기간 동안에만 액체 저장 챔버를 밀봉하는 역할을 담당하고, 디스크 동작시 버스트 밸브가 원심력에 의해 일단 개방되면, 이후 박막 밸브의 개폐 여부에 따라서만 이웃 챔버로의 액체 저장 챔버의 액체 이동이 허용된다.
상기 몸체의 회전에 의해 발생되는 원심력이 상기 유공에 대한 상기 밀봉 수단의 폐쇄 강도(closing strength)를 초과하는 경우 상기 유공이 개방된다.
상기 박막 화학 분석 장치는 밀봉 수단의 폐쇄 강도가 상이한 복수개의 버스트 밸브들을 포함하고, 상기 몸체의 회전 속도를 제어함으로써 상기 복수개의 버스트 밸브들의 개폐를 선택적으로 또는 독립적으로 제어할 수 있다.
상기 박막 화학 분석 장치는 상기 버스트 밸브에 열을 인가할 수 있는 열 조사 수단을 더 포함하고, 상기 버스트 밸브의 개방은 상기 원심력과 상기 열 조사 수단에 의해 인가되는 열의 협력에 의해 이루어질 수 있다.
상기 열 조사 수단은 레이저 빔 조사 수단일 수 있다.
상기 박막 화학 분석 장치는 상기 열 조사 수단에 결합되어 개방하려는 버스트 밸브를 선택할 수 있는 밸브 탐색 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 열의 인가는 상기 몸체의 회전시 상기 열 조사 수단의 위치와 상기 버스트 밸브의 위치가 일치할 때마다 열이 상기 버스트 밸브에 인가되는 펄스 빔 동작에 의해 수행될 수 있다.
바람직하게, 상기 버스트 밸브의 개방은 레이저 빔의 의해 발생된 열과 원심력, 또는 원심력에 의해 이루어질 수 있다.
레이저 빔 발생 장치로부터의 레이저 빔을 버스트 밸브 주위에 조사하여 레이저 빔에 의한 열에 의해 버스트 밸브의 밀폐력 내지 결합력을 약화시켜 원심력에 의해 쉽게 개방될 수 있도록 한다. 상기 레이저 빔 발생 장치는 밸브 탐색 수단의 일종인 슬라이더에 탑재될 수 있다.
레이저 빔을 버스트 밸브 주위에 조사하는 방법은 디스크 회전 중 또는 디스크 정지 중에 이루어 질 수 있다.
디스크 회전 중에 버스트 밸브에 레이저 빔을 조사하기 위해, 해당 버스트 밸브의 반경 위치에 슬라이더 이동에 의해 레이저 빔 발생 장치를 이동시키고, 레이저 빔을 발생시키면, 디스크 회전 중 슬라이더 상에 설치된 레이저 빔 발생 장치와 해당 버스트 밸브가 매치될 때마다, 그 버스트 밸브에 레이저 빔이 조사된다. 상기 버스트 밸브에 조사되는 레이저 빔의 량은 디스크의 회전 속도 및 레이저 빔 발생 장치의 파워의 함수가 되며, 이러한 디스크 회전 중 레이저 빔 조사 동작을 본 발명에서는 이하 "펄스 빔 동작"이라 칭한다.
디스크 정지 중 슬라이더 상에 설치된 레이저 빔 발생 장치와 해당 버스트 밸브를 매칭시켜 정렬시킨 후, 그 버스트 밸브에 레이저 빔을 조사하는 경우 버스트 밸브에 조사되는 레이저 빔의 조사량은 레이저 빔의 세기 및 조사 시간의 함수가 되며, 이 경우 레이저 빔의 세기는 레이저 빔의 초점 조절 또는 레이저 빔 발생 장치와 버스트 밸브 간의 거리 조절 또는 레이저 빔 발생 장치의 전류 제어에 의해 이루어 질 수 있다.
상기 디스크 정지 중 해당 버스트 밸브의 위치로 슬라이더의 이동 제어 및 레이저 빔 발생 장치의 온오프 제어에 의한 레이저 빔 조사 동작을 본 발명에서는 이하 "스캐닝 빔 동작"이라 칭한다.
상기 버스트 밸브의 위치로 슬라이더의 이동 제어는 하기의 "방사 방향 밸브 탐색 과정" 및 "방위각 방향(azimuthal) 밸브 탐색 과정"에 의해 이루어질 수 있다.
바람직하게, 버스트 밸브의 상단 또는 하단에는 상기 "방위각 방향(azimuthal) 밸브 탐색 과정"을 위한 박막형 원기둥 자석이 설치될 수 있다.
바람직하게, 상기 버스트 밸브의 개방은 상기 "펄스 빔 동작" 또는 "스캐닝 빔 동작"에 의한 버스트 밸브의 가열 후, 디스크 회전에 의한 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 박막 화학 분석 장치의 동심원상의 버스트 밸브의 개방은 박막 화학 분석 장치 회전 중 유체에 발생한 원심력; 및 박막 화학 분석 장치 회전 중 슬라이더 상에 설치된 레이저 빔 발생 장치와 해당 동심원 상의 버스트 밸브와 일치 할 때마다 버스트 밸브가 가열되어 개방되는 "펄스 빔"에 의할 수 있다.
상기 "펄스 빔" 동작은 점도가 높은 유체를 이동시키거나 동심원 상의 복수개 버스트 밸브의 동시 개방을 통해 회전 동안 해당 이웃 챔버들로 이동시킬 때 유용하다. 점도가 높은 유체는 원심력이 동반되어야 이동하기 용이하다. 정지 중에는 밸브가 개방되어도 점도가 높은 유체는 이웃 챔버로 이동치 않을 위험성이 있어 재현성과 신뢰성에 문제를 일으킬 수 있다.
상기 몸체는 상부 기질, 중간 기질 및 하부 기질로 이루어지는 회전 가능한 박막 디스크일 수 있다. 상기 디스크의 직경은 1 2 0 mm, 8 0 mm 또는 3 2 mm의 원판 디스크가 바람직하다.
상기 유체의 이동은 상기 몸체의 회전력에 의한 원심력 또는 모세관 현상에 의해 수행되거나, 친수성 코팅된 유로를 통해 수행될 수 있다.
상기 몸체는 플라스틱, 유리, 운모, 실리카, 실리콘 웨이퍼 등의 다양한 재료로부터 선택될 수 있다. 그러나, 플라스틱이 경제적 이유, 가공의 용이성, CD-ROM 및 DVD 판독기와 같은 기존의 레이저 반사 기초 탐지기와의 양립성 때문에 바람직하다.
바람직하게, 상기 몸체는 실리콘 웨이퍼, 폴리프로필렌, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA: polymethyl methacrylate), 고리형 올레핀 고분자(COC: cyclic olefin copolymer) 및 폴리카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 몸체는 챔버 내에 저장된 액체의 증발을 방지하기 위하여 알루미늄 코팅되거나 알루미늄 쉬트(sheet)가 표면에 부착될 수 있다.
랩온어칩의 챔 버내에 저장된 액상(liquid phase) 물질을 사용 전까지는 안정되게 챔버 내에 저장되어 있어야 한다. 그러나, 랩온어칩의 몸체가 장기간의 유통 보관 기간에 걸쳐 온도와 같은 환경 요소에 의해 수축 및 팽창이 발생하며 이로 인해 밸브에 틈이 발생한다. 그리고 챔버 내에 저장된 액체에서 일어나는 증발 및 대류 작용에 의해 밸브의 틈으로 액체가 빠져나가 밸브의 밀봉(sealing)에 대한 신뢰성에 많은 문제를 일으킨다.
본 발명의 버스트 밸브들은 상기 문제점을 해결할 수 있다.
상기 버스트 밸브의 일 구체예는 유압 버스트 밸브이다.
유압 버스트 밸브는 박막 형태의 밸브 구현이 가능할 뿐만 아니라, 박막 접착 테이프는 플렉서블하므로 온도와 같은 환경적 요소에 따른 팽창과 수축에 잘 적응하기 때문에 유통 보관 기간 중에 액체의 증발 및 대류 또는 몸체의 팽창 및 수축에 의한 밀봉(sealing) 문제가 발생하지 않는 장점이 있다.
즉, 상기 밀봉 수단은 유공 폐쇄막이고, 상기 유공 폐쇄막은 상기 유공에 접착되어 상기 챔버 내의 유체를 밀봉하고, 상기 몸체의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해 생성되는 유체의 유압에 의해 상기 유공 폐쇄막이 유공으로부터 파열되어 상기 유공을 개방할 수 있다.
상기 유공 폐쇄막은 점착제(an adhesive) 또는 막(membrane) 재료를 포함하는 박막 접착 테이프일 수 있다.
상기 점착제는 실리콘, 고무계, 변성 실리콘계, 아크릴계(acrylic), 폴리에스터 및 에폭시로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 제조될 수 있다.
상기 몸체는 상부 기질, 중간 기질 및 하부 기질이 적층되어 이루어지고, 상기 상부 기질 및 중간 기질 사이에 적층되어 그들을 결합하는 일차 박막 접착 테이프; 및 상기 중간 기질 및 하부 기질 사이에 적층되어 그들을 결합하는 이차 박막 접착 테이프를 더 포함할 수 있다.
상기 일차 또는 이차 박막 접착 테이프의 일부가 상기 유공에 접착되어 상기 유체를 밀봉하는 유공 폐쇄막을 형성할 수 있다.
상기 박막 접착 테이프는 단면 또는 양면 테이프일 수 있다. 상기 테이프는 종이, 비닐, 폴리에스테르 필름, 폴리에틸렌 필름 및 기타 합성 재질과 같은 이형지의 양쪽 또는 한쪽 면에 특수한 점착제(an adhesive;a gluing agent)로 표면 처리가 되어 있고, 필요로 하는 조건에 따라 높은 실링 및 완충, 진동 완화, 내충격성, 내열성, 흡착성, 접착력 등의 특징을 가진 점착제 재료를 선정하여 사용할 수 있다.
상기 막은 표면이 소수성인 막 또는 폴리머 막(Polymer membrane)이거나, 폴리에틸렌(Polyethylene: PE), 폴리프로필렌 (Polypropylene: PP), 폴리설폰(Polysulfone: PS), 폴리알켄(Polyalkene), 셀룰로직스(Cellulosics), 폴리비닐(Polyvinyl), 폴리카보네이트(Polycarbonate) 또는 폴리아미드(Polyamide)로 형성될 수 있다. 소수성 막 표면은 액체 저장 챔버에 저장된 유체의 이동을 효과적으로 차단한다.
제조 방법에 있어서, 기질에 단면 테이프를 붙인 후 이형지를 제거함으로써 기질의 한쪽 면에 점착제에 의한 박막 코팅을 하든지, 점착제를 디스펜서(dispenser) 또는 스프레이(spray) 또는 실크 스크린 인쇄하여 기질의 한쪽 면을 점착제에 의한 박막 코팅을 할 수 있다.
즉, 본 발명에 있어서, 상기 박막 접착 테이프는 이형지를 사용치 않고 점착제(an adhesive;a gluing agent) 자체가 기질에 박막 코팅되는 것이 바람직하다.
상기 단면 테이프에는 유공 폐쇄막이 포함되어 있어, 이형지 제거시 유공 부위에 점착제에 의한 유공 폐쇄막을 남길 수 있다.
상기 박막 접착테이프에 의한 유공 폐쇄시 박막 접착 테이프의 접착 면적에 의해 폐쇄 강도(closing strength)가 결정되고, 상기 폐쇄 강도(closing strength)을 극복하는 디스크 회전 속도(원심력) 이상에서 상기 박막 접착테이프가 뜯겨져 유공이 개방될 수 있다.
상기 버스트 밸브의 다른 구체예는 점성 버스트 밸브이다.
즉, 상기 밀봉 수단은 그리스(grease) 또는 그리스가 코팅된 고체 입자이고, 상기 그리스 또는 그리스가 코팅된 고체 입자는 상기 유공에 접착되어 상기 챔버 내의 유체를 밀봉하고, 상기 몸체의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해 상기 그리스 또는 그리스가 코팅된 고체 입자가 유공으로부터 파열 또는 이탈되어 상기 유공을 개방할 수 있다.
상기 점도성 물질은 조사된 레이저 빔의 열에 의해 점도가 약해지든지 녹는 것이 바람직하다.
상기 그리스는 겔(gel) 상태의 오일로서, Si계 오일, TFE 오일, Si계 그리스 또는 Si계 진공 그리스일 수 있다.
상기 박막 화학 분석 장치는 상기 몸체의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해 상기 그리스 또는 그리스가 코팅된 고체 입자가 유공으로부터 분리되는 경우 상기 그리스 또는 그리스가 코팅된 고체 입자를 수용하는 보조 유로를 더 포함할 수 있다.
상기 마개는 쿠션 재료로 코팅되거나 점착제가 코팅된 구슬이 바람직하다.
상기 점착제는 조사된 레이저 빔의 열에 의해 접착력이 약해지든지 녹는 것이 바람직하다. 상기 마개는 조사된 레이저 빔의 열에 의해 녹든지 축소되는 것이 바람직하다.
상기 버스트 밸브의 또 다른 구체예는 마개 버스트 밸브이다.
즉, 상기 밀봉 수단은 마개(stopple)이고, 상기 마개는 상기 유공에 접착되어 상기 챔버 내의 유체를 밀봉하고, 상기 몸체의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해 상기 마개가 유공으로부터 이탈되어 상기 유공을 개방할 수 있다.
상기 마개는 원뿔, 구슬(ball), 박막 원기둥 또는 머리 부분이 더 큰 입자 모양의 금속 입자일 수 있다.
상기 박막 화학 분석 장치는 상기 유공 주변에 배치되어 상기 마개를 상기 유공에 접착시키는 접착 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 박막 화학 분석 장치는 상기 몸체의 방사 방향 탐색 과정 및 방위각 방향 탐색 과정을 통해 상기 몸체의 특정 위치를 탐색하는 탐색 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 박막 화학 분석 장치는 상기 몸체의 특정 위치에 배치되어 상기 탐색 수단에 기준점을 제공하는 박막형 자석을 더 포함할 수 있다.
상기 탐색 수단은 상기 몸체 상의 밸브, 챔버 또는 분석 사이트에 대한 위치 탐색 수단일 수 있다.
상기 박막 화학 분석 장치는 상기 탐색 수단에 결합된 밸브 개방 수단, 레이저 조사 수단, 챔버 혼합 수단 및 반응 검출 수단 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 몸체는 둘 이상의 기질들이 적층되어 이루어지고, 상기 기질들 사이에 적층되어 그들을 결합시키는 박막 접착 테이프; 및 상기 박막 접착 테이프의 일부가 결실되어 유로가 형성되는 모세관 현상이 발생 가능한 박막 채널을 더 포함할 수 있다.
상기 박막 화학 분석 장치는 바이오 픽업 광학 모듈(Bio Pickup Optical Module; BOPM); 상기 바이오 픽업 광학 모듈을 탑재하고 상기 몸체 상의 특정 위치를 탐색하는 슬라이더; 및 상기 슬라이더의 이동을 제어하기 위한 슬라이더 모터를 더 포함할 수 있다.
상기 바이오 픽업 광학 모듈은 레이저 빔 발생 장치, 박막 밸브 개폐 수단 또는 반응 결과를 탐지하는 탐지 장치를 포함할 수 있다.
상기 슬라이더는 상기 몸체의 방사 방향 탐색 과정, 방위각 방향 탐색 과정 또는 상하 이동 과정을 통해 상기 몸체의 특정 위치를 탐색할 수 있다.
상기 박막 화학 분석 장치는 상기 몸체를 고속 회전시킬 수 있는 스핀들 모터; 상기 몸체를 일정 각만큼 회전시킬 수 있는 스텝 모터; 및 상기 몸체에 상기 스텝 모터와 스핀들 모터와의 연결을 제어하는 기어 연결 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 챔버들은 액체 저장 챔버 및 시약 챔버를 포함하고, 상기 액체 저장 챔버는 액상의 시약을 포함하고 상기 시약 챔버는 비어 있고, 상기 버스트 밸브의 개방시 상기 액체 저장 챔버 내에 저장된 액상의 시약이 상기 시약 챔버로 공급되거나, 상기 액체 저장 챔버 및 상기 시약 챔버는 각각 희석 용액 및 고체 시약 알갱이들을 포함하고, 상기 버스트 밸브의 개방시 상기 액체 저장 챔버 내에 저장된 희석 용액이 상기 시약 챔버로 공급되고, 상기 시약 챔버 내에 저장되어 있던 고체 시약 알갱이들이 상기 희석 용액에 의해 용해되어 액상의 시약으로 변환될 수 있다.
본 발명에 있어서, 박막 밸브는 본 발명의 버스트 밸브를 제외한 모든 밸브를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 몸체의 상측 또는 하측에 설치된 이동 가능한 영구 자석 또는 전자석에 의해 유공 내에 설치된 초소형 구슬(또는 원기둥 자석)을 이용한 밸브 개폐; 또는 기계적 힘에 의한 밸브 개폐; 원심력에 의한 밸브 개폐; 화학 작용에 의한 용해 및 응고에 의한 밸브 개폐; 열 또는 화학반응에 의해 과거의 형상으로 복원되는 형상기억합금에 의한 밸브개폐; 전기분해에 의해 생성된 공기방울을 이용한 밸브 개폐; 열에 의해 생성된 공기방울을 이용한 밸브 개폐; 초소형 구슬의 열팽창과 수축 의한 밸브 개폐; 정전기력(electrostatic force)에 의한 밸브 개폐; 자력에 의한 밸브 개폐; 레이저 열에 의한 밸브 개폐; temperature gradient 이용한 밸브 개폐; 초음파에 의한 actuator의 밸브 개폐; 펌프(pump) 또는 물리적 압력에 의한 밸브개폐; 소수성 성질을 이용한 밸브 개폐; 초고주파 또는 레이저 빔의 조사에 의해 팽창 수축하는 소형입자에 의한 밸브 개폐; 자성 유체(magnetic fluid)에 의한 밸브 개폐; 및 공기의 열 팽창 및 수축에 의한 밸브 개폐 등의 개폐수단에 의해 유공이 개폐될 수 있는 박막화 가능한 모든 밸브를 말한다.
상기 소수성 성질을 이용한 밸브 개폐는 소수성 코팅된 표면에 조사된 레이저 빔에 의해 소수성 표면이 친수성 표면으로 변환되거나 변환된 친수성 표면이 다시 레이저 빔에 의해 소수성 표면으로 변환되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소수성 코팅(hydrophobic coating)은 레이저 빔 발생 장치로부터 조사된 레이저 빔의 열에 의해 친수성 성질로 변환되는 것이 바람직하다. 상기 소수성 코팅은 상변화(phase changing) 물질에 의한 것이 바람직하다.
레이저 빔에 의해 정질 상태(crystalline phase)에서는 높은 소수성을 가지고 있으며, 이 상태가 바로 기본 상태이다. 물론 정질 상태(crystalline phase)인 부분이 친수성 액체이동의 장애물의 역할을 하게 되어 액체의 동을 막게 됨으로써 밸브 폐쇄 기능을 하게 된다. 그런데, 여기에 강력한 레이저를 쪼여 주면 상변화 물질은 매우 높은 온도로 가열되는데, 가열되면서 정질 상태의 분자배열이 깨어지고 그대로 굳어버리면 비정질, 즉 아몰퍼스 상태(amorphous phase) 가 되는 것이다. 아몰퍼스(amorphous phase) 상태에서는 소수성 성질이 떨어지면서 친수성 코팅으로 변환된다.
친수성 코팅은 친수성 액체가 표면을 잘 이동함으로써 밸브 개방 기능을 하게 된다.
그런데, 이렇게 아몰퍼스 상태가 된 친수성 코팅은 열역학적으로 불안정한 성질을 가지게 되는데, 그래서 약간의 열만 가해줘도 본래의 정질 상태로 돌아오는 특성이 있다. 이러한 특성을 이용해서, 친수성 코팅으로 변환된 부분에 중간 세기의 레이저를 쪼여 주면 상대적으로 낮은 온도로 가열되면서 아몰퍼스 상태에서 다시 정질 상태(소수성)로 돌아오게 된다. 이렇게 해서 또 다시 소수성 장애물을 형성한다.
상기 박막 밸브는 초소형 구슬 및 이동 가능한 영구 자석을 이용한 것이 바람직하다. 상기 초소형 구슬은 비록 구형 구슬이 바람직하지만, 비구형 입자도 유용하게 사용될 수 있다. 상기 비구형 입자는 박막 원기둥 자석 또는 박막 사각형 자석일 수 있다.
상기 초소형 구슬은 예를 들어 자석구(magnet ball), 강자성체 금속 입자, 상자성체 입자, 반 자성체 입자, 스텐인레스 금속구 등과 같은 물질을 포함한다. 또한 상기 초소형 구슬은 고체 금속이거나 플라스틱, 유리 구슬 등으로 형성될 수 있으며 그 위에 금속 코팅 또는 실리콘 고무(silicone rubber) 같은 고무 쿠션(Cushion) 재료 코팅이 이루어진다. 또한 금속구는 합금일 수도 있다. 상기 초소형 구슬의 직경은 1um 내지 1mm 범위 내에 있고, 바람직하게 100um 내지 500㎛가 알맞다. 상기 구슬의 크기가 커지면 접촉면이 증가 하여 개폐에 대한 신뢰도가 증가하게 된다. 또한 본 발명에서는 상기 초소형 구슬은 구형일수도 있으나 비구형 입자도 사용될 수 있다. 본 발명에서는 비 구형입자로서 박막형 원기둥 영구 자석 또는 박막형 사각형 영구 자석이 바람직하다. 상기 박막형 영구 자석 두께는 0.1mm∼0.5mm가 선호되며, 박막형 원기둥 영구 자석의 직경은 1mm∼5mm가 바람직하다.
본 발명의 선호되는 실시예에서, 상기 실리콘 고무(silicone rubber) 재료를 구형 또는 비구형입자에 코팅하거나 박막 실리콘 고무를 박막형 원기둥 자석 과 유공 사이에 삽입 조립하는 것이 바람직하다. 상기 실리콘 고무는 쿠션 재료이므로 밀봉(sealing)에 매우 효과적이다.
본 발명에 있어서, 박막 화학 분석 장치의 동작에 필요한 각종 효소와 버퍼 용액 같은 액상(liquid phase)의 시약(reagent)을 생산 과정에서 미리 저장하기 위한 챔버를 액체 저장 챔버라 칭하며, 이를 제외한 모든 챔버를 공정 챔버라 칭한다.
또한, 상기 공정 챔버는 시약 챔버를 포함한다. 상기 시약 챔버는 버스트 밸브 개방에 의해, 상기 액체 저장 챔버로 부터 액상의 시약을 공급 받아 일시 저장한 후, 액상의 시약을 필요로 하는 공정 챔버의 해당 박막 밸브를 개방하여 시약을 공정 챔버에 공급한다.
상기 하나 이상의 챔버들은 액체 저장 챔버, 시약 챔버 및 공정 챔버를 포함하고, 상기 챔버들을 연결하는 유공을 가역적으로 개폐할 수 있는 박막 밸브를 더 포함하고, 상기 액체 저장 챔버로부터 상기 시약 챔버로의 유체 이동은 상기 버스트 밸브의 개방에 의해 이루어지고, 상기 시약 챔버로부터 상기 공정 챔버로의 유체 이동 또는 상기 공정 챔버간의 유체 이동은 상기 박막 밸브의 개방에 의해 이루어질 수 있다.
상기 박막 밸브의 개폐를 제어할 수 있는 박막 밸브 개폐 수단; 및 상부에 상기 박막 밸브 개폐 수단을 구비하고, 개방하려는 박막 밸브를 선택할 수 있는 밸브 탐색 수단을 더 포함하고, 상기 박막 밸브의 개방은 상기 밸브 탐색 수단에 의해 선택된 박막 밸브를 상기 박막 밸브 개폐 수단이 개방함으로써 수행될 수 있다.
상기 박막 밸브는 상기 유공의 상측에 설치된 영구 자석; 상기 유공의 하측에 설치된 전자석 또는 이동 가능한 영구 자석; 및 상기 자석들에 의해 형성되는 자력에 의해 운동하여 상기 유공을 선택적으로 개폐하는 초소형 구슬 또는 박막 원기둥 자석을 포함할 수 있다.
상기 박막 밸브는 상기 유공의 상측에 설치된 영구 자석의 자력에 의해 유통 보관 중 유공이 항시 닫혀 있을 수 있다.
상기 하나 이상의 챔버들에 저장되는 자성체 소형 구슬; 상기 몸체 하부에서 빠르게 움직일 수 있는 슬라이더; 및 상기 슬라이더에 장착되고 상기 자성체 소형 구슬에 인력 또는 척력을 인가하여 상기 자성체 소형 구슬을 운동시킬 수 있는 영구 자석을 더 포함하고, 상기 영구 자석을 상기 챔버의 해당 반경에 정지시키고 상기 몸체를 회전시키거나 정역회전을 반복함에 따라 챔버 내의 자성체 소형 구슬이 영구 자석과 마주칠 때마다 자석의 인력에 의해 같이 움직이고, 그에 의해 챔버 내의 액체의 혼합이 유도될 수 있다.
상기 하나 이상의 챔버들에 저장되는 자성체 소형 구슬; 상기 몸체 하부에서 빠르게 움직일 수 있는 슬라이더; 및 상기 슬라이더에 장착되고 상기 자성체 소형 구슬에 인력 또는 척력을 인가하여 상기 자성체 소형 구슬을 운동시킬 수 있는 영구 자석을 더 포함하고, 상기 영구 자석을 상기 챔버의 해당 반경에 정지시키고 상기 몸체를 회전시킴에 따라 챔버 내의 자성체 소형 구슬이 요동치고, 그에 의해 챔버 내의 액체의 혼합이 유도될 수 있다.
상기 하나 이상의 챔버들에 포함되는 자성체 소형 구슬; 상기 몸체 상부에서 빠르게 움직일 수 있는 슬라이더; 및 상기 슬라이더에 장착되고 상기 자성체 소형 구슬에 인력 또는 척력을 인가하여 상기 자성체 소형 구슬을 운동시킬 수 있는 전자석을 더 포함하고, 상기 전자석의 온오프 제어 또는 자장 방향 변화에 따라 챔버 내의 자성체 소형 구슬이 같이 움직이고, 그에 의해 챔버 내의 액체의 혼합이 유도될 수 있다.
상기 하나 이상의 챔버들 사이의 유체 이동은 상기 몸체의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의한 유체 이동; 친수성 유로 표면에 의한 친수성 유체 이동; 상기 박막 밸브의 반복적인 개폐에 의한 펌핑 유체 이동; 또는 유로의 모세관 현상에 의한 유체 이동에 의해 이루어질 수 있다.
상기 박막 화학 분석 장치는 상기 박막 밸브의 개폐를 제어할 수 있는 박막 밸브 개폐 수단; 및 상부에 상기 박막 밸브 개폐 수단을 구비하고, 개방하려는 박막 밸브를 선택할 수 있는 밸브 탐색 수단을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 챔버들 사이의 유체 이동은 상기 밸브 탐색 수단이 상기 박막 밸브를 반복적으로 선택하여 발생하는 펌핑력에 의해 수행될 수 있다.
상기 펌핑력은 상기 몸체의 회전시 상기 박막 밸브 개폐 수단의 위치와 상기 박막 밸브의 위치가 일치할 때마다 상기 박막 밸브가 개방되는 펄스 밸브 동작에 의해 발생될 수 있다.
상기 박막 화학 분석 장치는 상기 몸체의 회전시 챔버로부터의 원심력에 의한 유체 누출을 방지하는 액체 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 액체 밸브는 상기 몸체의 회전 중심을 기준으로 보았을 때 U 또는 V 형태를 갖는 유로일 수 있다.
상기 액체 밸브의 표면은 친수성 처리가 되어 있고, 상기 몸체의 회전시 상기 액체 밸브에 의해 하나의 챔버 내에 억류되어 있던 유체가 정지시 친수성 유체 이동에 의해 다른 챔버로 이동할 수 있다.
상기 박막 화학 분석 장치의 상기 하나 이상의 챔버들은 다른 챔버에 과량의 유체가 주입되는 경우 그를 저장하여 상기 다른 챔버에 정량의 유체가 저장되도록 하는 잉여 챔버(excess chamber)를 포함할 수 있다.
상기 박막 화학 분석 장치의 상기 하나 이상의 챔버들은 상기 잉여 챔버 및 다른 챔버 사이에 연결되어 과량의 유체를 몸체의 회전 동안에 이송하는 정량 유로를 포함할 수 있다.
상기 박막 화학 분석 장치의 상기 하나 이상의 챔버들은 상기 몸체의 회전 중심을 기준으로 보았을 때 역 V 형태의 쐐기 모양을 갖고, 상기 챔버 내의 유압이 집중되는 쐐기 끝 부분에 상기 버스트 밸브가 배치될 수 있다.
상기 쐐기 모양의 챔버는 검체로부터 시료를 준비하기 위한 프렙 챔버(preparation chamber)로 사용되고, 상기 쐐기 끝에 설치된 버스트 밸브는 원심 분리 동안 개방되지 않는 폐쇄 강도를 가질 수 있다.
상기 박막 화학 분석 장치는 상기 유로 내에 시료의 분리를 위한 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 필터는 마이크로포어를 구비하는 멤브레인 또는 다공성 필터일 수 있다.
상기 시료의 분리는 상기 몸체의 회전시 상기 박막 밸브 개폐 수단의 위치와 상기 박막 밸브의 위치가 일치할 때마다 상기 박막 밸브가 개방되고, 그 때마다 상기 박막 밸브로부터 방출된 시료가 원심력에 의해 상기 필터를 통과하는 펄스 필터 동작에 의해 발생될 수 있다.
에멀젼 광 중합법에 의해 필터로 변환될 수 있는 에멀젼을 함유할 수 있고, 상기 필터를 형성하려고 하는 유로의 위치에 교차하는 필터 챔버를 포함하고, 상기 필터는 상기 필터 챔버 내에 형성될 수 있다.
상기 박막 화학 분석 장치는 상기 챔버의 반응 온도를 제어하기 위한 온도 제어 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 온도 제어 수단은 온도 측정 수단, 가열 수단 및 냉각 수단 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 박막 화학 분석 장치의 상기 하나 이상의 챔버들은 검체로부터 시료를 준비하기 위한 프렙 챔버(preparation chamber); 상기 시료를 증폭하기 위한 증폭 챔버; 상기 프렙 챔버에서 얻어진 시료를 일시 저장하거나, 상기 시료를 희석시키기 위한 희석 용액(dilution buffer) 또는 상기 시료 내의 표적 물질에 결합하기 위한 표지자(label)를 저장하고 있는 버퍼 챔버; 상기 시료와 생물학적 또는 생화학적 반응을 하기 위한 프로브가 고정화되어 있는 분석 사이트; 분석에 필요한 효소 또는 버퍼 용액을 저장하는 액체 저장 챔버; 상기 액체 저장 챔버로부터 효소 또는 버퍼 용액을 일시 저장하고 다른 챔버에 공급하는 시료 챔버; 탈수 공정 또는 세정 공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버(trash chamber); 다른 챔버의 세정 공정에 필요한 세정 용액을 저장하기 위한 세정 챔버; 및 다른 챔버에 정량의 시료를 공급하기 위한 정량 챔버 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 프렙 챔버는 원심 분리된 검체로부터 시료만을 따로 분리하기 위한 보조 프렙 챔버 및 프렙 구멍을 더 구비할 수 있다.
상기 표지자는 액상(liquid phase) 또는 고체(solid phase) 알갱일 수 있다. 상기 표지자는 야광 표지자일 수 있다.
상기 고체 알갱이는 액상의 표지자가 정제(tablet), 볼(ball), 그레인(grain) 또는 파우더(powder) 형태로 변환된 고체 입자이거나, 액상의 표지자가 다공성 패드(pad) 상에 냉동 건조된 형태(frozen dried form)로 변환된 입자일 수 있다.
상기 프렙 챔버에서 상기 시료의 준비는 상기 몸체의 고속 회전을 이용한 원심분리에 의해 수행될 수 있다.
상기 버퍼 챔버 내의 희석 용액은 버퍼 챔버의 시약 주입구를 통해 공급되거나 희석 용액을 저장하고 있는 액체 저장 챔버로부터 버스트 밸브 개방 동작에 의해 공급될 수 있다.
상기 분석 사이트는 반응 분석용 시약을 저장할 수 있다.
상기 분석 사이트는 니트로셀룰로스 멤브레인, 나일론 멤브레인 또는 다공성 멤브레인 및 그 위에 고정된 포획 프로브를 포함할 수 있다.
상기 분석 사이트는 반응 분석용 시약을 저장하거나, 다공성 멤브레인 및 그 위에 고정된 포획 프로브를 포함할 수 있다.
상기 반응 분석용 시약은 고체 알갱이일 수 있다.
상기 버스트 밸브 개방시 상기 액체 저장 챔버에 저장되어 있던 희석 용액이 상기 고체 알갱이를 액상의 시약 또는 표지자로 변환시킬 수 있다.
상기 고체 알갱이는 복수의 상이한 고체 알갱이들을 포함하고, 상기 복수의 상이한 고체 알갱이들은 복수의 생화학 반응 분석을 위해 복수의 분석 사이트에 각각 저장되고, 한 종류의 희석 용액에 의해 액상의 시약으로 변환될 수 있다.
상기 희석 용액을 저장하기 위한 액체 저장 챔버의 체적은 상기 복수개의 분석 사이트 각각마다 정해져 있는 고체 알갱이의 희석 비율에 해당하는 체적을 가질 수 있다.
상기 액체 저장 챔버는 상기 챔버의 바닥을 구성하는 하부 기질; 상기 챔버의 측면들 및 일부의 상부를 구성하고, 챔버 외곽의 높이가 중앙의 높이보다 낮게 하는 중간 기질; 상기 챔버에 투입되고 모세관 현상에 의해 상기 챔버의 외곽에 편재되는 액체; 및 상기 액체 투입 후에 결합되어 상기 챔버의 나머지 상부를 구성하는 상부 기질을 포함할 수 있다.
즉, 상기 액체 저장 챔버는 중간 기질과 상부 기질로 구성되고, 상기 중간 기질은 액체의 저장 공간을 제공하는 챔버 및 그 챔버에 액체를 주입하기 위한 상측 개구부로 구성됨과 동시에 챔버 외곽의 높이가 중앙의 높이보다 낮아 상기 개구부를 통해 챔버로의 액체 투입시 모세관 현상에 의해 상기 챔버의 외곽에 액체가 편재를 이루어지도록 설계되고, 상기 상부 기질은 챔버에 액체 투입 완료 후에 중간 기질과 결합되어 상기 액체 저장 챔버의 상부를 밀봉할 수 있다.
상기 정량 챔버는 동심원 유로와 분석 사이트간에 설치되고, 상기 동심원 유로를 통한 시료의 친수성 유체 이동에 의해 정량 챔버와 동심원 유로가 시료에 의해 채워지고, 상기 하나 이상의 챔버들은 몸체의 회전 동안 정량 챔버에 시료를 남긴 채 동심원 유로를 채운 시료만을 원심력에 의해 빼내기 위한 오버플로우 챔버를 상기 동심원 유로의 말단부에 더 포함할 수 있다.
상기 정량 챔버의 시료는 상기 정량 챔버와 분석 사이트간에 설치된 동심원상의 박막 밸브들이 상기 몸체의 회전 동안 펄스 밸브 동작에 의해 동시에 개방되어 각각의 분석 사이트로 이동할 수 있다.
상기 정량 챔버는 친수성 코팅된 섹터 유로로 구성되고, 시료가 친수성 유체 이동 하는 동안 시료에 의해 채워질 수 있다.
상기 섹터 유로는 상기 몸체의 회전 중심을 기초로 하여 역 V 또는 U 형태여서 상기 몸체의 회전 동안 시료가 각 섹터 채널에 고립되어 이웃한 분석 사이트로 이동하지 않을 수 있다.
상기 분석 사이트는 다공성 멤브레인, 상기 다공성 멤브레인 표면 상에 코팅된 인터디지테이티드 전극, 및 상기 인터디지테이니티드 전극 간의 빈 공간에 고정된 포획 프로브; 다공성 멤브레인, 및 상기 다공성 멤브레인 상에 고정된 포획 프로브; 기질 상에 형성되는 마이크로포어, 및 상기 마이크로포어에 고정된 포획 프로브; 또는 고정하려는 포획 프로브, 및 상기 포획 프로브를 원하는 시점에 기질에 고정시킬 수 있는 고정 수단을 포함할 수 있다.
상기 분석 사이트는 다공성 멤브레인 및 그 상에 고정된 프로브를 포함하고, 상기 분석 사이트에 시료가 주입된 이후에 주입되어 상기 시료의 확산을 도와 주는 가상 시료를 저장하는 가상 시료 저장 챔버를 더 포함할 수 있다.
상기 가상 시료는 상기 시료에 비해 확산 속도가 느리거나 점도가 높을 수 있다. 상기 가상 시료는 글리세롤이 첨가된 세정 용액일 수 있다.
상기 분석 사이트는 다공성 멤브레인, 및 상기 다공성 멤브레인 상에 고정된 라인 또는 스팟 형태의 다종의 종양 표지자(tumor marker) 또는 질병 표지자를 테스트 라인으로서 포함하고, 상기 고정된 표지자들은 전체적으로 유체의 측방 유동(lateral flow) 또는 관통 유동(flow through)을 허여하는 스트립(strip) 형태를 가질 수 있다.
상기 박막 화학 분석 장치는 상기 표지자들의 위치에 대응하는 마커 위치 라인, 또는 상기 스트립의 외곽을 정의하는 테두리 라인을 더 포함할 수 있다.
상기 분석 사이트에 대응하는 상부 기질은 불투명 처리 됨으로써, 상기 상부 기질에 빛이 조사되는 경우 산란 및 노이즈가 감소될 수 있다.
상기 다공성 멤브레인은 콘쥬게이트 패드(conjugate pad) 및 샘플 패드(sample pad) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 종양 표지자 또는 질병 표지자는 AFP, PSA, CEA, CA19-9, CA125, CA15-3 또는 알츠하이머(Alzheimer) 질환의 특이 마커, 또는 심근 경색 표지 인자일 수 있다.
상기 분석 사이트는 상기 다공성 멤브레인 상에 고정된 기준 라인(reference line)과 컨트롤 라인(control line)을 위한 포획 프로브를 더 포함할 수 있다.
상기 기준 라인(reference line)의 반응 농도를 기준치(cutoff value)로 잡을 수 있다.
상기 기준 라인의 기준치는 3 ng/ml, 4 ng/ml, 10 ng/ml, 20 ng/ml, 30 ng/ml, 40 ng/ml 또는 50 ng/ml일 수 있다.
상기 기준 라인과 테스트 라인간의 반응 강도의 차이에 의해 정성 또는 정량 분석할 수 있다.
상기 스트립의 백그라운드와 테스트 라인간의 반응 강도의 차이에 의해 정성 또는 정량 분석할 수 있다.
상기 복수개의 기준 라인에 의해 형성된 반응 강도에 대한 선형 함수(linear function)에 의해 테스트 라인의 반응 강도를 결정하여 정성 또는 정량 분석할 수 있다.
상기 기준 라인과 컨트롤 라인에 의해 형성된 반응 강도에 대한 선형 함수(linear function)에 의해 테스트 라인의 반응 강도를 결정하여 정성 또는 정량 분석할 수 있다.
상기 몸체는 온도 측정 기능, 가열 기능 또는 분석 사이트 판독 기능을 갖는 집적화된 무선 RF IC를 포함할 수 있다.
상기 몸체는 잔류 농약 검사 또는 잔류 항생제 검사에 관한 정보를 저장하는 집적화된 무선 RF IC를 포함할 수 있다.
상기 정보는 상기 무선 RF IC에 내장된 메모리에 저장될 수 있다.
상기 정보는 검사 일자, 검사 결과, 유효 기간, 대상의 생산 지역, 생산 이력, 유통 이력, 생산 농가의 연락처, 가격 또는 유기농 여부에 관한 정보일 수 있다.
상기 몸체는 한쪽 면에 CD 또는 DVD의 광학 층을 포함할 수 있다.
상기 CD 또는 DVD의 광학 층은 보호층, 반사층 및 데이터층을 포함할 수 있다.
상기 데이터층은 PIT, 염료층 또는 상변화 물질층을 포함할 수 있다.
상기 데이터층은 박막 화학 분석 장치의 버전, 제조 일자, 프로토콜, 분석 알고리즘, 판독을 위한 표준 제어값, 분석 사이트에 대한 위치 정보, 생물정보학 정보, 자기 진단 관련 정보, 개인 암호화 정보, ID 정보, 검사 결과 정보 또는 이력 정보를 포함할 수 있다.
상기 박막 화학 분석 장치는 상기 하나 이상의 챔버들 내의 반응을 검출하기 위한 검출 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 검출 수단은 광원 장치 및 광 검출기를 포함하는 분광 광도계일 수 있다.
상기 박막 화학 분석 장치는 상기 검출 수단과 결합하고 상기 하나 이상의 챔버를 선택할 수 있는 챔버 탐색 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 검출 수단은 이미지 센서 장치이고, 상기 이미지 센서 장치의 조명을 위한 LED를 더 포함할 수 있다.
상기 LED는 다양한 파장의 빛을 발광하는 다색 LED이고, 상기 이미지 센서 장치는 상기 다양한 파장의 빛에 대한 컬러 강도를 측정하고, 상기 파장 및 컬러 강도 사이의 2차원적 프로파일로부터 반응을 분석할 수 있다.
상기 박막 화학 분석 장치는 바이오 로보트, 런닝 머신, 안마기, 비데, 자판기 또는 체지방 측정 장치에 결합될 수 있다.
상기 바이오 로보트의 손가락 모양 부분은 채혈한 혈액을 상기 몸체의 샘플 주입구에 로딩할 수 있는 란셋 장치를 구비할 수 있다.
또한, 본 발명은 잔류 농약 검사 또는 잔류 항생제 검사에 필요한 유체를 저장하거나 잔류 농약 검사를 수행할 수 있는 하나 이상의 챔버들; 상기 챔버들을 유체 연결하는 유로들; 시료와의 반응을 수행하는 분석 사이트; 상기 유로들 사이 또는 내부에 배치되어 상기 유로들에 연결되는 유공들; 상기 챔버들, 유로들, 분석 사이트 및 유공들이 집적화된 회전 가능한 몸체; 상기 유공을 폐쇄하여 상기 챔버 내의 유체를 밀봉하는 밀봉 수단을 구비하고, 상기 몸체의 회전에 의해 발생되는 원심력에 의해 밀봉 수단이 유공으로부터 파열되어 상기 유공을 개방하는 버스트 밸브(burst valve); 및 상기 유공을 가역적으로 개폐할 수 있는 박막 밸브를 포함하고, 상기 분석 사이트는 검체로부터 얻어진 시료에 대한 반응 강도를 측정하는 샘플 멤브레인; 및 블랭크 테스트로서 반응 강도의 영점을 잡기 위한 컨트롤 멤브레인을 포함하는 잔류 농약 또는 항생제 검사용 박막 화학 분석 장치를 제공한다.
상기 하나 이상의 챔버들은 잔류 농약을 검사하고자 하는 검체로부터 시료를 준비하기 위한 프렙 챔버; 버스트 밸브의 개방시 상기 프렙 챔버로 이송되고 상기 검체로부터 시료를 추출할 수 있는 시료 추출액을 저장하는 시료 추출액 저장 챔버; 상기 프렙 챔버에서 얻어진 시료를 일시 저장하거나, 상기 시료를 희석시키기 위한 희석 용액(dilution buffer) 또는 상기 시료 내의 표적 물질에 결합하기 위한 표지자(label)를 저장하고 있는 버퍼 챔버; 분석에 필요한 효소 또는 버퍼 용액을 저장하는 액체 저장 챔버; 세정 공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버; 상기 액체 저장 챔버로부터 효소 또는 버퍼 용액을 일시 저장하고 다른 챔버에 공급하는 시료 챔버; 상기 컨트롤 멤브레인에 컨트롤 액체를 공급하기 위한 컨트롤 액체 저장 챔버; 및 다른 챔버에 정량의 시료를 공급하기 위한 정량 챔버 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 액체 저장 챔버는 희석 용액을 포함하고 상기 시약 챔버 또는 버퍼 챔버는 고체 시약 알갱이들을 포함하고, 상기 버스트 밸브의 개방시 상기 액체 저장 챔버 내에 저장된 희석 용액이 상기 시약 챔버 또는 버퍼 챔버로 공급되고, 상기 시약 챔버 또는 버퍼 챔버 내에 저장되어 있던 고체 시약 알갱이들이 상기 희석 용액에 의해 용해되어 액상의 시약으로 변환될 수 있다.
상기 유체의 이동은 상기 몸체의 회전시 상기 박막 밸브의 위치가 박막 밸브 개폐 수단의 위치와 일치할 때마다 상기 박막 밸브가 개방되는 펄스 밸브 동작, 친수성 유체 이동, 모세관 유체 이동 또는 펌핑 유체 이동에 의해 이루어질 수 있다.
상기 잔류 농약 검사용 박막 화학 분석 장치는 상기 몸체의 회전시 챔버로부터의 원심력에 의한 유체 누출을 방지하는 액체 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 액체 밸브는 상기 몸체의 회전 중심을 기준으로 보았을 때 U 또는 V 형태를 갖는 유로일 수 있다.
상기 액체 밸브의 표면은 친수성 처리가 되어 있고, 상기 몸체의 회전시 상기 액체 밸브에 의해 하나의 챔버 내에 억류되어 있던 유체가 정지시 친수성 유체 이동에 의해 다른 챔버로 이동할 수 있다.
상기 몸체는 잔류 농약 검사 또는 잔류 항생제 검사에 관한 정보를 저장하는 집적화된 무선 RF IC를 포함할 수 있다.
상기 정보는 상기 무선 RF IC에 내장된 메모리에 저장될 수 있다.
상기 정보는 검사 일자, 검사 결과, 유효 기간, 대상의 생산 지역, 제품 ID, 생산 이력, 유통 이력, 생산 농가의 연락처, 가격 또는 유기농 여부에 관한 정보일 수 있다.
상기 분석 사이트에 대한 검사 결과가 컴퓨터 모니터 상에 표시되거나, 자동 또는 수동으로 해당 관청 혹은 식품 업체의 서버에 인터넷 망을 통해 원격 접속되어 이들 서버에 검사 결과 및 이력이 저장 관리되거나, 해당관청으로부터 검사 결과에 따른 인증를 원격으로 전송 받아 상기 몸체 상의 RF IC에 기록할 수 있다.
상기 잔류 농약은 유기인계 또는 카바메이트계 살충제일 수 있다.
상기 샘플 멤브레인은 상기 카바메이트계 살충제를 검출하기 위한 아세틸콜린에스터라아제(AChE)을 포함할 수 있다.
본 발명의 박막 화학 분석 장치에 있어서, 상기 몸체는 CD-ROM 및 DVD 등 디스크 장치와 같은 박막 형태인 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 상기 액체 저장 챔버에 저장된 유체 흐름 및 유량 제어는 "유압 버스트 밸브" 또는 "점성 버스트 밸브" 또는 "마개 버스트 밸브" 중 선택된 버스트 밸브에 의해 이루어지며, 상기 공정 챔버들간의 유체흐름 및 유량제어는 박막 밸브 또는 버스트 밸브 또는 버스트 밸브 와 박막 밸브에 의해 이루어 지는 것이 바람직하다.
본 발명의 박막 화학 분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법은 랩온어칩, 단백질칩 및 DNA 칩과 같은 유체 내 소량의 바이오 또는 화학 물질을 진단 및 탐지하는 박막형 장치에 적합하다. 특히 본 발명의 박막 화학 분석 장치는 통상적인 CD-ROM, DVD등과 같은 박막 디스크 속에 집적화 시키는데 적합하다.
본 발명의 박막 화학 분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법은 ELISA /CLISA 분석 방법이 응용된 랩온어칩, Rapid test 방법이 응용된 랩온어칩; 또는 식중독균검사, 잔류항생제 검사, 잔류 농약 검사, 유전자 변형 식품 검사, 식품 알레르기 검사, 오염 물질 검사 또는 친자확인, 육류 종류 및 원산지 식별 검사를 위한 랩온어칩 같은 유체 내 소량의 바이오 또는 화학 물질을 진단 및 탐지하는 박막형 장치에 적합하다.
상기 잔류농약은 야채나 채소, 과일 중에 포함된 농약 중 사용량이 가장 많은 유기인계, 카바메이트계 살충제를 검사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 바이오 물질은 DNA, 올리고 뉴클레오티드, RNA, PNA, ligand, receptor, 항원, 항체, 우유, 오줌, 타액(saliva), 머리카락, 농작물 샘플, 육류 샘플, 어류 샘플, 조류 샘플, 오수(오염된 물), 가축 샘플, 식품 샘플, 구강 세포, 조직샘플, 타액, 정액 또는 단백질(Protein) 또는 생체물질 에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징한다.
오줌 검체시, 상기 박막 화학 분석 장치는 Leucocyte, Blood, Protein, Nitrite, pH, Specific gravity, Glucose, Ketone, Ascorbic acid, Urobilinogen, bilirubin 분석을 수행할 수 있다.
모발(머리카락) 검체시, 혈액이나 뇨 분석에 비해 미네랄을 비롯한 신체의 영양물질 및 독성물질의 축적에 의한 Historical Record를 정확히 측정할 수 있는 장점이 있다. 장기간의 무기물 과다 및 결핍을 정확히 알 수 있으며 독성 중금속의 양을 알아내는데 표본이 되며, 이는 당업자에게 공지이다.
또한, 본 발명은 하나 이상의 챔버들; 상기 챔버들을 유체 연결하는 유로들; 상기 유로들 사이 또는 내부에 배치되어 상기 유로들에 연결되는 유공들; 상기 챔버들, 유로들 및 유공이 집적화된 회전 가능한 몸체; 상기 유공을 폐쇄하여 상기 챔버 내의 유체를 밀봉하는 밀봉 수단을 구비하는 버스트 밸브; 및 유로를 가역적으로 개폐할 수 있는 박막 밸브를 포함하는 박막 화학 분석 장치를 이용한 분석 방법에 있어서, 상기 몸체의 회전에 의해 발생되는 원심력에 의해 유공으로부터 밀봉 수단을 파열하여 상기 버스트 밸브를 개방하는 단계를 포함하는 분석 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 분석 방법은 몸체에 액체를 저장키 위한 액체 저장 챔버를 따로이 구성하고 디스크 사용 시작시 액체 저장 챔버에 저장된 액체를 버스트 밸브를 개방하여 해당 시약 챔버들로 액상의 시약을 이동시키고, 상기 액체 저장 챔버의 개방은 상기 유압 버스트 밸브, 점성 버스트 밸브 또는 마개 버스트 밸브 중에서 선택된 버스트 밸브에 의해 이루어지고, 상기 각각의 공정의 시작 시점과 종료 시점에서의 시약 챔버 및 공정 챔버의 밸브의 개폐 및 유량 제어는 상기 박막 밸브에 의해 이루어지고, 상기 유체 이동은 상기 디스크의 회전력에 의한 원심력 또는 모세관 또는 친수성 코팅된 유로(channel)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 분석 방법은 버스트 밸브를 개방하여 액제 저장 챔버에 저장된 유체를 다른 챔버로 이송하는 단계; 및 상기 버스트 밸브가 배치되는 유로에서 상기 버스트 밸브와 직렬로 연결되는 박막 밸브를 제어하여 상기 유로를 가역적으로 개폐하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 상기 버스트 밸브를 개방하기 위하여 상기 밀봉 수단의 폐쇄 강도에 대응하는 원심력이 발생되도록 상기 몸체의 회전 속도를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 상기 버스트 밸브를 개방하기 위하여 상기 버스트 밸브에 인가되는 열을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 상기 몸체의 회전에 의해 발생하는 원심력, 친수성 유로 표면, 박막 밸브의 반복적인 개폐에 의한 펌핑력, 또는 유로의 모세관 현상에 의해 상기 유체를 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 밀봉 수단은 유공 폐쇄막, 그리스, 그리스가 코팅된 입자 또는 마개일 수 있다.
상기 분석 방법은 상기 버스트 밸브를 개방하여 액체 저장 챔버 내에 저장된 희석 용액을 시약 챔버로 공급하는 단계; 및 상기 시약 챔버 내에 저장되어 있던 고체 시약 알갱이들을 상기 희석 용액에 의해 용해시켜 액상의 시약으로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 상기 버스트 밸브 또는 박막 밸브를 선택적으로 개폐하기 위하여, 개폐하고자 하는 밸브를 탐색하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 상기 챔버 내에 포함된 자성체 소형 구슬을 자력에 의해 운동시켜 상기 챔버 내의 액체를 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 상기 몸체의 회전 중심을 기준으로 보았을 때 U 또는 V 형태를 갖는 액체 밸브를 이용하여 상기 몸체의 회전시 개방된 챔버로부터의 원심력에 의한 유체 누출을 방지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 상기 몸체의 회전 중심을 기준으로 보았을 때 U 또는 V 형태를 갖는 액체 밸브를 이용하여 상기 몸체의 회전시 개방된 챔버로부터의 원심력에 의한 유체 누출을 방지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 상기 유로 내에 구비된 필터를 이용하여 시료를 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 상기 챔버의 반응 온도를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 특정 챔버를 탐색하여 선택하는 단계; 및 상기 챔버 내의 분석 사이트의 반응을 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 검출 단계는 분광 광도계에 의해 수행되고, 상기 분광 광도계에 의한 분석 사이트의 분석은 스텝 모터(step motor) 또는 스텝 모터에 연결된 기어에 의한 몸체의 회전각(rotation angle) 제어 또는 방위각 방향 밸브 탐색을 이용한 챔버의 탐색 단계 이후에 수행되거나, 바탕 용액 챔버에 의해 분석 사이트들을 공간 어드레싱(space addrsssing)하여 몸체 회전 동안 챔버 내의 시료의 광 흡수율을 연속 계측함으로써 수행될 수 있다.
상기 분광 광도계의 광원 또는 광원 장치는 백색광 LED, RGB 레이저, 또는 복수개의 LD(Laser Diode)가 집적화된 LD 모듈일 수 있다.
상기 분광 광도계에 의한 분석 사이트의 판독은 몸체 내의 상부 기질 또는 분석 사이트 내에 반사층이 집적화된 박막 화학 분석 장치의 분석 사이트에 상기 분광 광도계의 광원 장치에 의해 얻어진 특정 파장의 빛을 통과시키는 단계, 및 상기 반사층에 의해 반사된 빛을 광 검출기가 검출함으로써 상기 분석 사이트 내의 시료에 의한 광 흡수율을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 분광 광도계에 의한 분석 사이트의 판독은 상기 몸체 내에 집적화된 광 검출기가 시료에 의한 광 흡수율을 측정함으로써 판독 결과를 얻는 단계, 및 상기 몸체 내에 집적화된 무선 RF IC가 상기 판독 결과를 수신하여 외부로 무선 송출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 상기 몸체를 고속 회전시켜 원심력에 의해 검체로부터 시료를 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 상기 몸체를 고속 회전시켜 원심력에 의해 검체로부터 시료를 분리하는 단계; 상기 분리된 시료를 버퍼 챔버로 이동시켜 상기 버퍼 챔버 내의 희석 용액 또는 표지자와 혼합하는 단계; 상기 박막 밸브를 개방하여 상기 버퍼 챔버 내의 시료를 동심원 유로, 정량 유로 또는 섹터 유로를 통해 친수성 유체 이동시키는 단계; 및 상기 버스트 밸브의 개방 또는 상기 박막 밸브의 펄스 밸브 동작에 의한 박막 밸브의 개방에 의해 정량 챔버 또는 섹터 유로 내의 시료를 각각의 분석 사이트 내로 유입시켜 분석 사이트 내의 시약과 생화학 반응을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 상기 몸체를 회전시켜 상기 정량 챔버 내에만 시료를 남기고, 동심원 유로를 채우고 있던 시료들을 원심력에 의해 오버플로우 챔버로 전부 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 상기 버스트 밸브의 개방에 의해 희석 용액 저장 챔버에 저장된 희석 용액을 분석 사이트로 이송하는 단계; 및 이송된 희석 용액에 의해 분석 사이트 내의 고체 알갱이를 용해시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 상기 혼합 단계 이전에 상기 버퍼 챔버의 버스트 밸브 개방에 의해 상기 버퍼 챔버에 희석 용액 또는 표지자를 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 상기 버퍼 챔버와 동심원 유로 또는 상기 버퍼 챔버와 섹터 유로간을 연결하는 유로는 몸체의 회전시 액체의 누출을 방지하기 위한 액체 밸브를 포함하고, 몸체의 회전시 상기 액체 밸브에 의해 버퍼 챔버 내에 억류되어 있던 시료가 정지시 친수성 유체 이동에 의해 상기 동심원 유로 또는 섹터 유로로 이동하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 세정 용액을 첨가하여 상기 분석 사이트를 세정하는 단계; 및 상기 몸체를 고속 회전시켜 탈수에 의해 상기 분석 사이트를 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 상기 분석 사이트의 반응 결과를 정성 또는 정량 분석하는 단계; 상기 분석에 따른 진단 결과를 컴퓨터 모니터 상에 표시하는 단계; 상기 분석에 따른 진단 결과 또는 문진표를 인터넷 망을 통해 접속되어 있는 의사에게 원격 전송하는 단계; 및 상기 의사로부터 처방을 받는 단계 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 박막 밸브의 펄스 밸브 동작에 의해 원심 분리된 시료를 버퍼 챔버로 이송시키거나 펄스 필터 동작에 의해 버퍼 챔버로 시료를 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분석 방법은 상기 박막 화학 분석 장치용 드라이브에 일반적인 광학 디스크 또는 인식불가한 박막 화학 분석 장치가 로딩시 이젝트(eject) 또는 경고 메시지가 사용자에게 통지되는 단계를 더 포함할 수 있다.
예컨대, 본 발명에 따른 박막 화학 분석 장치를 이용한 분석 방법은 (a) 샘플 주입 수단을 통해 프렙 챔버에 핵산을 함유하는 샘플을 주입하는 단계; (b) 상기 샘플로부터 DNA 또는 RNA을 추출하는 프렙 공정을 수행하는 단계; (c) 상기 프렙 공정에서 추출된 DNA 또는 RNA를 증폭 챔버로 이송시키는 단계; (d) 증폭 챔버 내의 DNA또는 RNA의 증폭에 필요한 효소 및 버퍼 용액을 포함하는 시약을 시약 챔버 1로부터 증폭 챔버로 이송시켜 증폭 공정을 수행하는 단계; (e) 상기 증폭 공정이 끝나면, 상기 증폭이 완료된 DNA를 분석 사이트로 이송시키는 단계; (f) 분석 사이트의 혼성화 반응 공정에 필요한 효소 및 버퍼 용액을 포함하는 시약을 시약 챔버 2로부터 분석 사이트로 이송하여 혼성화 반응 공정을 수행하는 단계; 및 (g) 상기 혼성화 반응 공정이 끝나면, 상기 혼성화 반응 공정 후 남은 찌거기를 트레쉬 챔버에 모으는 세정 단계를 포함한다.
상기 시약 챔버 1 및 시약 챔버 2의 효소 및 버퍼 용액은 이를 별도로 저장하고 있었던 액체 저장 챔버로 부터 버스트 밸브의 개방에 의해 공급될 수 있다.
상기 세정 단계는, 분석 사이트에 시약 챔버3의 세정 용액을 첨가하여 분석 사이트를 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 분석 사이트에 세정 용액의 첨가는 박막 밸브의 개방에 의한다.
상기 시약 챔버 3의 세정 용액은 이를 별도로 저장하고 있었던 액체 저장 챔버로 부터 버스트 밸브의 개방에 의해 공급될 수 있다.
즉, 상기 세정 용액에 의한 세정하는 단계는 액체 저장 챔버에 저장되어 있는 세정 용액을 버스트 밸브의 개방 동작에 의해 시약 챔버 3으로 이송시키고, 이송된 세정 용액을 시약 챔버 3의 박막 밸브 개방 동작에 의해 분석 사이트 내로 유입시켜 분석 사이트를 세척할 수 있다.
상기 세정 단계는, 상기 분석 사이트를 디스크 회전에 의해 건조 및 탈수시키는 건조 단계를 더 포함할 수 있다. 건조 및 탈수 과정에서 생긴 찌거기는 원심력에 의해 트레쉬 챔버에 모이게 된다.
예컨대, 본 발명의 박막 화학 분석 장치를 이용한 분석 방법은 상기 박막 화학 분석 장치의 고속 회전에 의해 피로부터 시료(혈청(혈장) 내지 항원)을 분리하는 단계; 상기 표지자(label 입자)를 저장하고 있는 버퍼 챔버 1로 시료를 유입시킨 후, 항원과 표지자간에 "라벨-항원의 결합체"를 형성토록 인큐베이션 하는 단계; 상기 "라벨-항원의 결합체"를 상기 분석 사이트 내로 이동시키는 단계; 박막 화학 분석 장치를 정체상태로 배양을 하여 상기 "라벨-항원의 결합체"와 캡쳐 항체(면역 프로브(immuno probe))간에 항원-항체 반응이 일어나도록 배양하는 단계; 및 세정 용액을 첨가하여 분석 사이트를 세정하는 단계 또는 몸체의 고속회전에 의해 분석 사이트를 건조 및 탈수 시키는 단계를 포함한다.
예컨대, 본 발명의 박막 화학 분석 장치를 이용한 분석 방법은 상기 박막 화학 분석 장치의 고속 회전에 의해 피로부터 시료(혈청 또는 혈장)을 분리하는 단계; 상기 희석 용액을 저장하고 있는 버퍼 챔버1로 상기 시료를 유입시킨 후, 상기 시료와 희석 용액간의 믹싱(mixing) 동작을 수행하여 희석시료를 만드는 혼합 단계; 상기 희석 시료를 상기 분석 사이트 내로 이동시키는 단계; 박막 화학 분석 장치를 정체상태로 배양을 하여 상기 희석 시료 와 캡쳐 항체(면역 프로브(immuno probe))간에 항원-항체 반응이 일어나도록 배양하는 단계; 및 세정 용액을 첨가하여 분석 사이트를 세정하는 단계 또는 몸체의 고속회전에 의해 분석 사이트를 건조 및 탈수 시키는 단계를 포함한다.
유리한 효과
본 발명의 박막 화학 분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법은 랩온어칩, 단백질 칩 또는 DNA 칩과 같은 유체 내 소량의 물질을 진단 및 탐지하는 박막형에 적합하다. 특히, 본 발명의 박막 화학 분석 장치 및 이를 이용한 분석 방법은 통상적인 CD-ROM 및 DVD 등의 디스크 장치와 같은 박막 속에 집적화시키는데 적합할 뿐만 아니라, 장기간의 유통 보관 기간에 걸쳐 온도와 같은 환경 요소에 의해 유발되는 밀봉(sealing)에 대한 문제를 해결할 수 있고, 검체를 신속하고 용이하게 검출할 수 있는 장점을 갖는다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 박막 화학 분석 장치의 몸체 속에 설치된 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 구슬을 사용한 밸브가 각각 개방 및 폐쇄된 상태를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 박막 화학 분석 장치의 몸체 속에 설치된 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 접착 테이프를 사용한 유압 버스트 밸브(hydraulic burst valve)의 분해 평면도, 측면 단면도 및 평면도를 도시하고, 도 4는 유공 폐쇄막이 개방된 측면 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 박막 화학 분석 장치의 몸체 속에 매립된 본 발명의 일 실시예에 따른 그리스(grease)를 사용한 점성 버스트 밸브(viscosity burst valve)의 평면도 및 측면 단면도를 도시하고, 도 6은 그리스(grease)에 의해 유공이 폐쇄 및 개방된 상태를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 박막 화학 분석 장치의 몸체 속에 설치된 본 발명의 일 실시예에 따른 마개를 사용한 마개 버스트 밸브(stopple burst valve)의 평면도 및 측면 단면도를 도시한다.
도 8 및 도 9는 마개로서 강구(steel ball)을 사용하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마개 버스트 밸브가 폐쇄 및 개방된 상태를 각각 도시한다.
도 10은 다양한 형태를 갖는 상기 강구의 실시예들을 도시한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 화학 분석 장치의 단면도와 평면도, 및 이를 구동 및 제어하기 위한 박막 화학 분석 장치 드라이브의 단면도를 도시한다.
도 12는 BOPM, 영구 자석 및 접촉식 인터페이스 수단이 설치 배치된 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이더(slider)의 상부도이다.
도 13은 도 11의 박막 화학 분석 장치를 구동 및 제어하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 화학 분석 장치 드라이브의 측면도를 도시한다.
도 14는 그레이팅 미러(grating mirror)를 사용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 광도계를 도시한다.
도 15 내지 도 17은 분광 광도계를 이용하여 박막 화학 분석 장치 상의 분석 사이트 판독 방법을 구현한 본 발명의 실시예들을 도시한다.
도 18 내지 도 23은 항원-항체 반응 또는 바이오 물질간의 특이적 생화학 반응에 의해 구현된 랩온어칩의 제반 공정이 배치된 본 발명의 실시예에 따른 박막 화학 분석 장치들을 도시한다.
도 24 및 도 25는 분석 사이트가 상이한 섹터에 병렬로 배열되어 단일 샘플에 대한 다종의 생화학 반응 분석을 위한 랩온어칩의 제반 공정이 배치된 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 화학 분석 장치들을 도시한다.
도 26은 ELISA 혹은 CLISA 검사를 위한 랩온어칩의 제반 공정이 배치된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 화학 분석 장치들을 도시한다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 버스트 밸브를 사용한 프렙 챔버를 도시한다.
도 28은 액체를 주입 및 저장하는 액체 저장 챔버의 제조 공정의 일 실시예를 도시한다.
도 29는 잔류 농약 검사를 위한 랩온어칩의 제반 공정이 배치된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 화학 분석 장치를 도시한다.
도 30 및 도 31은 본 발명의 박막 화학 분석 장치의 고속 회전 동안 액체의 누출을 방지하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 밸브를 도시한다.
도 32 내지 도 34는 상기 다공성 멤브레인 상에 다종의 종양 표지자(tumor marker)를 라인 또는 스팟 형태로 고정시킨 스트립(strip)의 여러 실시예들을 도시한다.
도 35는 도 32 내지 도 34의 스트립을 박막 화학 분석 장치의 분석 사이트 내에 설치한 실시예를 도시한다.
도 36은 본 발명에 따른 박막 화학 분석 장치를 프런트 로딩(front loading) 또는 탑 로딩(top loading)할 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 화학 분석 장치 드라이브를 도시한다.
도 37은 도 36의 박막 화학 분석 장치 드라이브가 탑재된 본 발명의 일 실시예에 따른 런닝 머신 및 체지방측정장치를 도시한다.
도 38은 도 36의 박막 화학 분석 장치 드라이브가 탑재된 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 로보트 또는 로보트 마네킹을 도시한다.
도 39는 출구에 마이크로포어를 갖는 필터가 설치된 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 밸브를 도시한다.
발명의 실시를 위한 형태
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 박막 화학 분석 장치(100)의 몸체 속에 설치된 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 구슬을 사용한 밸브가 각각 개방 및 폐쇄된 상태를 도시한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 밸브는 박막형 원기둥 영구 자석을 이용한다.
몸체는 상부 기질(1), 중간 기질(2) 및 하부 기질(3)로 구성되며, 이들 각각 은 사출 성형 공정 동안 기질 표면에 유체가 흐를 수 있는 유로(channel) 및 버퍼(buffer) 용액을 저장할 수 있는 챔버(chamber) 와 상기 유로를 연결시키는 유공을 복수개 형성한다. 이들은 서로 밀착 부착되어 박막 화학 분석 장치를 이룬다.
도 1는 상기 박막형 원기둥 영구 자석(70a)에 의해 유공(10a)이 막혀 유로(16a)가 차단된 경우를 나타내고, 도1b는 유공(10a)이 열려 유로(16a)가 연결된 것을 나타낸다. 도 1에서 와 같이 유공(10a)을 닫아 유로를 차단시키려면 하측 영구 자석(5a)을 유공(10a)의 중심에서 이탈 시키면 상측 영구 자석(4a)에 의해 상기 박막형 원기둥 영구 자석(70a)을 윗쪽으로 끌어당겨져 유공(10a)을 닫게 된다.
즉 상측 영구 자석(4a)과 상기 박막형 원기둥 영구 자석(70a) 간에는 인력이 발생하여 밸브가 닫힌다. 반대로 도 2에서 와 같이 유공(10a)을 열어 상기 유로(16a)를 연결시키려면 몸체(100)의 하측에 위치한 이동 가능한 영구 자석(5a)을 상기 유공(10a)의 중심으로 이동시키면 상기 박막형 원기둥 영구 자석(70a)을 아래쪽으로 끌어당기게 된다. 즉 하측 영구 자석(5a)과 상기 박막형 원기둥 영구 자석(70a) 간에는 인력이, 상측 영구 자석(4a)과 상기 박막형 원기둥 영구 자석(70a) 간의 인력 보다 더 강하여 밸브가 열린다.
이것은 하측 영구 자석(5a)을 상측 영구 자석(4a)보다 강하도록 설계하든지 박막형 원기둥 영구 자석(70a)과 하측 영구 자석(5a)간의 거리를 박막형 원기둥 영구 자석(70a)과 상측 영구 자석(4a)간의 거리 보다 짧게 함으로서 가능하다.
본 발명의 상기 하측의 영구 자석(5a)은 전자석 또는 이동 가능한 영구 자석이 바람직하다. 또한, 본 발명은 유체 이동을 위해 디스크에 좁은 유로 (channel)(16a)가 형성되어 있기 때문에, 유체가 압력을 받지 않고 원활히 유로를 흐를 수 있도록 배기구(12)가 상부 기질(1)에 형성되어 있다.
본 발명의 박막 화학 분석 장치에 있어서, 상기 챔버는 유체의 이동으로 인한 공기압을 배출하기 위한 배기구를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 배기구는 유체 흐름의 반대방향(즉, 원심력의 반대방향)으로 배치된 것이 더욱 바람직하다.
도 3 내지 도 10는 본 발명에 따른 버스트 밸브(burst valve)의 여러 실시예를 나타낸다.
도 3는 본 발명에 따른 박막 화학 분석 장치의 몸체 속에 설치된 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 접착 테이프를 사용한 유압 버스트 밸브(hydraulic burst valve)의 분해 평면도, 측면 단면도 및 평면도를 도시한다.
도 3를 참조하면, 몸체는 상부 기질(1)과 중간 기질(2)과 하부 기질(3)로 구성되며, 사출 성형 공정 동안 기질 표면에 유체가 흐를 수 있는 유로(16a); 버퍼(buffer) 용액을 저장할 수 있는 액체저장 챔버(11a)와 시약 챔버(11b); 및 상기 유로(16a)를 연결시키는 유공(10b)이 형성된다.
상기 기질들(1,2,3)은 박막 접착 테이프(1a, 2a)에 의해 서로 밀착 부착되어 하나의 박막 화학 분석 장치(100)를 이룬다.
구체적으로 상기 상부 기질(1)과 중간 기질(2)은 상기 챔버들(11a, 11b)을 구성하고 하부 기질(3)에는 상기 액체저장 챔버(11a)와 시약 챔버(11b)를 연결시키기 위한 유로(16a)가 일정 깊이로 음각되어 있고, 상기 유로(16a)의 말단부에는 액체 저장 챔버(11a)와 시약 챔버(11b)간의 연결을 제공하는 유공(10b)이 형성된다. 이 유공(10b)은 유공 폐쇄막(13a)에 의해 폐쇄된다. 상기 유공 폐쇄막(13a)은 상기 기질들(1,2,3)의 부착 조립시 박막접착테이프(2a)에 의해 유공(10b) 부위에 형성된다.
상기 유공 폐쇄막(13a)에 의해 유공(10b)을 폐쇄(closing)함으로서 유통 및 보관 기간 동안 유공을 완전차단하고, 사용시 몸체(100)의 고속 회전에 의한 원심력에 의해 액체 저장 챔버(11a)에 저장된 유체(
Figure 112008063998715-PCT00001
體)는 자체에 형성된 유압(
Figure 112008063998715-PCT00002
)에 의해 상기 유공 폐쇄막(13a)이 뜯겨져 나가 유공(10b)이 개방되어 유체가 시약 챔버(11b)로 이동하게 된다. 상기 유공 폐쇄막(13b)는 플렉시블(flexible) 하므로 온도와 같은 환경적 요소에 따른 팽창과 수축에 잘 적응하기 때문에 유통보관 기간 중에 액체의 증발 및 대류 또는 몸체의 팽창 및 수축에 의한 밀봉(sealing) 문제가 발생하지 않는 장점이 있다.
본 발명에 있어서, 상기 유공 폐쇄막(13a)은 상기 기질들(1,2,3)이 박막 접착 테이프(1a, 2a)에 의해 서로 밀착하여 부착 조립될 때 유공(10b) 부위에 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면은, 상기 박막 접착 테이프에 의한 유공 폐쇄시 폐쇄 강도(closing strength)는 유공 폐쇄막(13a)과 기질간의 접착 면적(14)에 비례하므로, 상기 박막 화학 분석 장치(100)내에 복수개의 유압 버스트 밸브를 설치하고 이들의 폐쇄 강도(closing strength)를 서로 달리하여 원하는 시점에서 원하는 밸브를 개방키 위해 해당밸브의 유공 폐쇄막(13b)의 폐쇄 강도 이상의 유압(hydraulic force or hydraulic pressure)이 발생하도록 하는 원심력을 발생시켜 선택적 또는 개별적으로 유공(10b)이 개방되도록 하는 것을 특징으로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 박막 화학 분석 장치의 몸체 속에 설치된 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 접착 테이프를 사용한 유압 버스트 밸브(hydraulic burst valve)의 유공 폐쇄막이 개방된 측면 단면도를 도시한다.
도 4를 참조하면, 유공(10b)이 몸체의 회전에 의해 액체 자체에 발생된 유압에 의해 유공 폐쇄막(13a)이 뜯겨져 유공(10b)이 개방되어 액체 저장 챔버(11a)내에 저장된 액체(미도시)가 시약 챔버(11b)로 이동되는 것을 나타낸다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 박막 유로(64)은 유로 형상이 설계된 박막 접착 테이프에 의해 기질들(1,2,3)의 층 사이에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 기질들(1,2,3)은 박막 접착 테이프에 의해 서로 밀착 부착되어 하나의 박막 화학 분석 장치(100)를 이루며, 이때 박막 유로(64)은 기질층 사이에서 박막 테이프가 빠진 부분(예: 도 3의 63)에 의해 박막 유로(64)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
박막 유로(64)은 유로가 매우 좁기 때문에, 모세관 현상이 잘 일어날 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 박막 화학 분석 장치의 몸체 속에 매립된 본 발명의 일 실시예에 따른 그리스(grease)를 사용한 점성 버스트 밸브(viscosity burst valve)의 평면도 및 측면 단면도를 도시하고, 도 6는 그리스(grease)에 의해 유공이 폐쇄 및 개방된 상태를 도시한다.
몸체는 상부 기질(1)과 중간 기질(2)과 하부 기질(3)로 구성되며, 이들 각각 은 사출 성형 공정 동안 기질 표면에 유체가 흐를 수 있는 유로(16a); 및 버퍼(buffer) 용액을 저장할 수 있는 액체저장 챔버(11a)와 시약 챔버(11b); 및 상기 유로를 연결시키는 유공(10b)을 형성한다. 이들은 서로 밀착 부착되어 박막 화학 분석 장치(100)를 이룬다. 상기 유공(10b)에는 유공 부위에 매립된 그리스(13b)에 의해 폐쇄되며, 그리스(13b)에 의해 유공을 폐쇄함으로써 유통보관 기간 동안 유공을 완전차단하고, 사용시 몸체(100)의 고속회전에 의한 원심력이 유로(16a)와 그리스간에 형성된 결합력보다 강한 시점에서 상기 그리스(13b)가 보조 유로(16b) 쪽으로 이탈하여 유공(10b)이 개방된다.
또한 본 발명의 다른 측면은 상기 그리스(13b)에 의한 유공(10b) 폐쇄시 폐쇄 강도(closing strength)는 그리스의 점도 또는 그리스와 유로(16a) 간의 접촉 면적에 비례하므로, 상기 박막 화학 분석 장치에 복수개의 점성 버스트 밸브를 설치하고 이들의 폐쇄 강도(closing strength)을 서로 달리하여 원하는 시점에서 원하는 밸브를 개방키 위해 해당밸브의 폐쇄강도 이상의 원심력이 발생하도록 디스크를 회전시켜 유공(10b)이 선택적 또는 독립적으로 개방되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 그리스(13b)는 고체 입자에 그리스가 코팅 되거나 믹싱(mixing)된 것이 사용될 수 있으며, 이 경우 고체 입자의 무게로 인해 원심력에 의해 밸브 개방이 용이하며 이 경우 상기 그리스에 의한 폐쇄 강도(closing strength)는 고체 입자의 크기 또는 밀도에 반비례하므로, 상기 박막 화학 분석 장치에 복수개의 점성 버스트 밸브를 설치하고 이들의 폐쇄 강도(closing strength)를 서로 달리하여 원하는 시점에서 원하는 밸브를 개방키 위해 해당 밸브의 폐쇄 강도 이상의 원심력이 발생하도록 디스크를 회전시켜 유공(10b)이 선택적으로 개방되도록 할 수 있다.
도 6를 참조하면, 왼쪽 그림은 상기 그리스(13b)에 의해 유공(10b)이 막혀 유로(16a)가 폐쇄된 경우를 나타내고, 오른쪽 그림은 유공(10b)이 몸체 회전에 의해 발생된 원심력에 의해 그리스(13b)를 유공으로부터 이탈시켜 보조 유로(16b) 쪽으로 이동시킴으로써 유공(10b)이 개방된 경우를 나타낸다.
도 7는 본 발명에 따른 박막 화학 분석 장치의 몸체 속에 설치된 본 발명의 일 실시예에 따른 마개를 사용한 마개 버스트 밸브(stopple burst valve)의 평면도 및 측면 단면도를 도시한다.
몸체는 상부 기질(1), 중간 기질(2) 및 하부 기질(3)로 구성되며, 이들 각각은 사출 성형 공정 동안 기질 표면에 유체가 흐를 수 있는 유로(16a); 및 버퍼(buffer) 용액을 저장할 수 있는 액체저장 챔버(11a)와 시약 챔버(11b); 및 상기 유로(16a)를 연결시키는 유공(10b)을 형성한다. 이들은 서로 밀착 부착되어 박막 화학 분석 장치(100)를 이룬다. 상기 유공(10b)은 마개(13c)에 의해 폐쇄되며, 마개에 의해 유공(10b)을 밀폐함으로써 유통 보관기간 동안 유공을 완전차단하고, 사용시 몸체(100)의 고속회전에 의한 원심력에 의해 상기 마개(13c)가 유공(10b)에서 이탈하여 유공(10b)이 개방된다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 마개에 의한 유공 폐쇄시 폐쇄 강도(closing strength)는 마개의 접착력 또는 결합력에 비례하므로, 상기 박막 화학분석 장치에 복수개의 마개 버스트 밸브를 설치하고 이들의 폐쇄 강도(closing strength)를 서로 달리하여 원하는 시점에서 원하는 밸브를 개방키 위해 해당 밸브의 폐쇄 강도 이상의 원심력을 발생시켜 유공(10b)이 개방되도록 하는 것을 특징으로 한다.
도 8 및 도 9는 마개로서 강구(steel ball)을 사용하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마개 버스트 밸브가 폐쇄 및 개방된 상태를 각각 도시한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 유공(10b)을 강구(steel ball)(13c)을 사용하여 폐쇄시킨 후, 사용시 원심력에 의해 자동 개방토록 한다.
도 8를 참조하면, 강구(13c)와 접착 수단(521a, 521b)에 의해 유공(10b)이 폐쇄되어 있다.
도면 부호 521a는 강구(13c)의 윗면을 유공(10b)에 밀착시키기 위한 접착 수단으로, 강구(13c)의 원둘레 전체에 대해서 접착력을 갖도록 하였다.
도면 부호 521b는 강구(13c)의 밑면을 하부 기질(3)에 부착시키기 위한 접착 수단으로, 원심력 발생시 강구(520)의 이탈을 용이케 하기 위해 강구(13c)의 전체 원둘레 중 반쪽 면에 대해서만 접착력을 갖도록 설계 하였다.
도 9를 참조하면, 박막분석 장치(100)는 박막 화학 분석 장치 드라이브(미도시)에 로딩되어 고속 회전하게 되고, 이때 강구(steel ball)(13c)에 작용하는 강한 원심력에 의해 강구(13c)가 접착수단(521a, 521b)의 접착력(adhesive strength)을 이기고 이탈하면서 유공(10b)이 개방된다.
본 발명의 박막 화학 분석 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 유공(10b)은 강구(steel ball)(13c)와 접착 수단(521a, 521b)과의 접착력 또는 결합력에 의해 폐쇄되고, 원심력에 의해 강구(13c)가 상기 접착 수단(521a, 521b)과의 접착력(adhesive strength)을 이기고 이탈하면서 개방되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 접착수단(521a, 521b)은 쿠션(cushion)이 있는 접착성 테이프에 사용되는 접착 재료가 바람직하다.
도 10는 다양한 형태를 갖는 상기 강구의 실시예들을 도시한다.
도 10를 참조하면, 유공(10b)을 폐쇄시키기 위해 사용한 강구(13c)가 원심력에 의해 잘 이탈될 수 있도록, 강구의 머리 부분(520a)을 크게 한 모양을 가진 삼각 원기둥 모양, 또는 모자(cap) 모양의 강구(13c)가 바람직하다. 이 경우 강구(13c)의 윗면만을 접착수단(521a)로 유공(10b)에 밀착하여 부착시켰다.
또 다른 실시예로서, 유공(10b)의 폐쇄성을 증대시키기 위해 유공(10b) 자체를 쿠션(cushion) 있는 고무재료로 코팅하든지, 강구(13c)를 쿠션(cushion) 있는 고무재료로 코팅하든지 겔(gel) 또는 그리스 재료로 코팅하는 것이 바람직하다.
도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 화학 분석 장치의 단면도와 평면도, 및 이를 구동 및 제어하기 위한 박막 화학 분석 장치 드라이브의 단면도를 도시한다.
도 5를 참조하면, 통상적인 CD-ROM 및 DVD 등의 디스크 장치와 같은 박막 속에 랩온어칩의 제반 공정이 집적화되어 있다.
구체적으로, 분석에 필요한 각종 버퍼 용액을 저장하고, 다양한 화학 공정을 수행하기 위한 챔버(chamber)와 처리된 유체 및 버퍼 용액들을 이동시키기 위한 유로, 이들 유로의 개폐를 제어하기 위한 박막 밸브들 및 버스트 밸브들이 박막 디스 크 상에 집적화된 박막 화학 분석 장치(100); 및 이를 제어 및 구동하기 위한 박막 화학 분석 장치 드라이브(100a)의 일 실시예이다.
도면 부호 100은 박막 화학 분석 장치의 몸체 또는 기질이고, 상부 기질(1)과 중간기질(2)과 아래기질(3)이 적층에 의해 형성되며, 이들 각각은 사출 성형 공정 동안 기질 표면에 유체가 흐를 수 있는 상기 유로(channel); 버퍼(buffer) 용액을 저장할 수 있는 액체저장 챔버, 시약 챔버와 공정 챔버; 및 상기 유로를 연결시키는 유공을 복수개 형성한다.
이들은 서로 밀착 부착되어 하나의 박막 화학 분석 장치(100)의 몸체를 이루며, 이는 국내 특허 출원 "초소형 구슬을 이용한 박막 밸브 장치 및 제어 방법"(2001.5.31.: 10-2001-0031284) 및 PCT 출원 "초소형 구슬을 이용한 박막 밸브 장치 및 제어 방법"(2002.5.31.: PCT/KR02/01035)에 잘 예시되어 있다.
공정 챔버(130,131,132,133,140,141,142,143)의 밸브 동작은 박막 밸브(70a,70b,70c,70d,70e,70f,70g)에 의해 이루어지며 이들 각각은 영구 자석(4a,4b,4c)과 이동 가능한 영구 자석(5a)에 의해 형성된 자력에 의해 독립적으로 개폐 제어된다. 또한 상기 액체저장 챔버(150,151,152,153)의 밸브 동작은 상기 버스트 밸브에 의해 이루어지며, 이들 버스트 밸브는 도면번호 71a, 71b, 71c 및 71d에 해당한다. 상기 공정 챔버들 중 도면 부호 140, 141, 142 및 143은 시약 챔버이다.
본 발명에 있어서, 시약 챔버에 액상의 시약을 준비하는 방법은 2가지가 있다. 첫 번째는 박막 화학 분석 장치 회전시 버스트 밸브의 개방 동작에 의해 액체 저장 챔버(150,151,152,153)에 저장된 액상의 시약이 해당 시약 챔버로 이동하는 방법이다. 두 번째는 상기 액체 저장 챔버에는 희석 용액(dilution buffer)이 저장되고 시약 챔버에는 시약을 고농축한 고체 알갱이들이 저장되어 있어, 버스트 밸브 개방에 의해 시약 챔버로 희석 용액이 이동하고, 이후 상기 고체 알갱이들이 희석 용액에 의해 용해되어 액상(liquid phase) 시약으로 되는 방법이다. 일반적으로 시약이 장기간 액상으로 챔버에 보관되는 것보다 고체 알갱이 상태로 보관되는 것이 더 안정되기 때문에 두 번째 방식이 더 바람직하다.
본 발명에 있어서, 고체 알갱이는 액상의 시약 또는 액상의 표지자가 tablet, ball, grain, powder 입자 형태로 변환된 고체 입자 이거나 다공성 패드(pad) 상에 액상의 시약 또는 액상의 표지자가 냉동 건조된 형태(frozen dried form)로 변환된 고체 입자를 의미한다.
도면 부호 120은 샘플을 주입하기 위한 디스펜서(dispenser) 또는 피펫 또는 주사위 또는 란셋(lancet) 또는 샘플 주입 수단을 나타내고, 도면 부호 121은 샘플주입구 이고 도면 부호 170은 디스크 공극을 나타낸다.
도면 부호 130, 131, 132 및 133은 공정 챔버로 도면 부호 130은 피 또는 세포로부터 DNA 샘플, 또는 RNA로부터 R-T(Reverse Transcription: 역 전사)에 의한 DNA 샘플을 준비하기 위한 프렙(Preparation) 공정을 수행하는 프렙 챔버(Preparation chamber)이고, 도면 부호 131은 PCR(Polymer Chain Reaction) 공정 또는 DNA 증폭 공정을 위한 증폭 챔버이고, 도면 부호 132는 혼성화(hybridization) 공정을 위한 챔버로 상기 증폭 공정에 의해 증폭된 DNA을 분석 및 진단 하기 위한 포획 프로브(포획 프로브)가 기질에 부착되어 있거나 고정화 수단에 의해 고정화(immobilization)될 수 있는 분석 사이트(array site)이고 도면 부호 133은 세정 공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버(Trash chamber)이다.
도면 부호 150, 151, 152 및 153은 액체저장 챔버로, 상기 첫 번째 시약준비 방법에 의한 경우 챔버(150)에는 상기 증폭 공정에 필요한 폴리머라아제 및 프라이머를 비롯한 각종 효소(enzyme)들을 포함하는 버퍼용액을 저장하고, 챔버(151, 152)는 혼성화 공정에 필요한 각종 효소를 저장하고, 챔버(153)는 상기 세정 공정에 필요한 세정 용액을 보관한다. 상기 두 번째 시약 준비 방법에 의한 경우 액체 저장 챔버(150,151,152,153)에는 희석 용액을 저장한다.
도면 부호 211은 상기 이동 가능한 영구 자석(5a)을 탑재한 슬라이더(slider)로 슬라이드(slide) 모터(109)와 연결되어 구동제어 된다.
상기 각각의 공정(프렙 공정, 증폭 공정, 혼성화 공정 및 세정 공정)의 시작 시점과 종료 시점에서의 박막 밸브의 개폐 제어는 상기 슬라이더(slider)(211)상에 설치된 영구 자석(5a)을 해당 밸브의 유공 중심으로 이동함으로써 이루어지고, 유체 이동은 디스크의 회전력에 의한 원심력 또는 유로의 친수성 코팅에 의한 유체 이동에 의한다.
도면 부호 103a는 통상의 광학 디스크(CD 또는 DVD)의 재생을 위한 광 픽업장치이고, 도면 부호 103b는 상기 분석 사이트(132)를 정량 분석 또는 정성 분석하기 위한 분석 사이트 판독 장치로 광 투과율 측정 장치, 전기화학, 커패시턴스 또 는 임피던스 측정 장치, 형광 탐지 장치, 야광 (noctilucence) 탐지 장치, 이미지 센서 장치, 바이오 피트 탐지 장치, 분광 광도계(spectrometer) 또는 SPR(Surface Plasmon Resonance)일 수 있고, 광 픽업장치(103a)와 분석 사이트 판독 장치(103b)는 바이오 광 픽업모듈(BOPM)장치(103)를 구성한다.
본 발명에 따른 박막 화학 분석 장치는 상기 박막 밸브 및 버스트 밸브에 대한 공간 어드레싱(space addressing)이 가능하도록 슬라이더 상에 탑재된 BOPM(Bio Pickup Optical Module) 장치(103)과 이것의 이동을 제어키 위한 슬라이드 모터(109)를 구비하고, BOPM 장치(103) 상에는 상기 밸브의 개폐를 제어키 위한 레이저 빔 발생 장치 및 박막 밸브 개폐수단(예: 영구 자석(5a))을 탑재하고, 슬라이드 모터 제어에 의해 BOPM 장치의 좌표가 이동 제어되어 상기 복수개의 박막 밸브 및 버스트 밸브의 개폐를 선택적, 개별적 또는 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 한다. 상기 레이저 빔 발생 장치는 상기 광 픽업장치(103a)를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 박막 밸브 개폐 수단은 BOPM 장치 상에 장착된 영구 자석(5a)이 선호되며, 슬라이더(slider)의 이동 제어에 따라 영구 자석(5a)이 방사 방향 이동 또는 2차원 좌표(방사(radial)방향 이동, 방위각(azimuthal) 이동) 또는 3차원 좌표(방사(radial)방향 이동, 방위각(azimuthal) 방향이동, 상하(up and down) 이동 )상으로 이동 제어되는 것을 특징으로 한다.
상기 방사 방향 이동은 슬라이드 모터의 제어에 의해 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 방위각 방향 이동은 슬라이더를 정지시킨 채 스핀들 모터의 짧은 회 전 제어 내지 스텝(step) 모터의 제어 의해 디스크를 일정량 회전시킴으로써 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 스텝 모터는 디스크의 방위각 방향을 위해 스핀들(spindle motor) 모터축 상에 기어로 연결 체결되어 동작 하는 것이 바람직하다.
상기 상하 이동은 모터와 연결된 기어연결 수단에 의해 슬라이더 내지 영구 자석(5a)이 상하 이동이 제어되는 것이 바람직하다.
상기 분석 사이트 판독 장치에 대한 여러 실시예들은 상기 국내 출원 바이오디스크 및 바이오 드라이버 장치 및 이들을 이용한 분석 방법(2002.3.27: 특허 출원 제 10-2002-17558호); 및 국내 출원 디지털 바이오 디스크 및 디지털 바이오 디스크 드라이버 장치 및 방법 (출원번호: 10-2005-0038765)에 잘 예시되어 있다.
도면 부호 240과 241은 상기 슬라이더(211)상에 배치되어, 박막 화학 분석 장치(100)와 BOPM(103) 간의 접촉식 인터페이스 수단을 제공한다.
본 발명의 박막 화학 분석 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 접촉식 인터페이스는 중앙제어장치(101)에 의해 생성된 분석 사이트(132) 판독에 필요한 제어 신호 또는 전원을 박막 화학 분석 장치(100)에 제공하는 것을 특징으로 한다.
도면 부호 240a 및 241a는 상기 접촉식 인터페이스부(240,241)에 대한 연결부로, 이를 통해 박막 화학 분석 장치(100)은 접촉 인터페이스부(240,241) 와 전기적으로 연결된다.
도면 부호 110b은 슬라이더(211) 상의 BOPM(103) 및 접촉식 인터페이스 수단(240,241)에 필요한 각종 제어 신호를 연결키 위한 프렉셔블 케이블(flexible cable)로 웨이퍼 또는 하네스(wafer 또는 harness)(110a)을 통해 중앙제어장치 (101)와 연결된다.
도면 부호 181은 박막 화학 분석 장치(100)을 올려놓기 위한 턴 테이블(turn table)로, 디스크의 중심 공극(170)을 통해 턴 테이블에 프런트(front) 또는 탑(top) 로딩된다.
도면 부호 188는 메모리 내장형 무선 RF IC 또는 전자태그(tag) 장치로 랩온어칩 공정을 위한 프로토콜, 분석 알고리즘, 판독을 위한 표준 제어 값 및 분석 사이트에 대한 위치 정보, 생물정보학(bioinformatics) 정보, 자기 진단(self diagnosis)에 관련된 정보를 포함한다. 또한 개인 암호화 정보 및 박막 화학 분석 장치의 ID(identification)가 저장될 수 있어, 타인이 함부로 사용할 수 없도록 할 수 있다.
상기 무선 RF IC(188)는 스마트 IC 카드 형태가 바람직하다. 상기 무선 RF IC(188) 정보는 무선 송수신을 통해 중앙제어장치(101)에 제공되며, 개인 암호화를 위해 활용된다. 도면 부호 110은 상기 무선 RF IC(188)에 전원을 공급하기 위한 무선전파 발생부이다. 상기 무선전파 발생부에 의한 전파는 플레밍의 법칙에 따라 무선RF IC(188) 속에 내장된 유도 코일을 감응시켜 충분한 양의 전기를 생산해 무선 RF IC(188)에 전원을 공급한다.
본 발명의 박막 화학 분석 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 무선 RF IC(188)는 온도 측정 기능을 갖고 있어 분석 사이트의 온도를 계측하여 외부의 중앙제어장치에 무선 송신하는 것을 특징으로 한다. 분석 사이트의 온도가 높거나 낮으면 가열 수단 또는 냉각 수단에 의해 일정한 온도를 유지할 수 있다. 본 발명에 있어서, 분석 사이트의 온도는 생화학적 활성 및 안정성을 고려한 섭씨 30∼37도 사이 중 선택된 온도를 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명의 박막 화학 분석 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 무선 RF IC(188)는 박막 분석 장치의 잔류농약 검사 및 잔류 항생제 검사에 따른 검사 일자 및 검사 결과, 유효기간, 농축산 생산지역, 생산 및 재배 이력, 유통이력, 재배 농가의 연락처, 가격, 유기농 여부 등에 대한 정보가 포함되어 있는 것을 특징으로 한다. 구매자 및 농축산 유통업체는 상기 정보에 의해 농축산물을 안심하고 구입할 수 있다. 일반 소비자는 박막 분석 장치를 RF IC 판독기에 갖다 대거나 또는 박막 분석 장치 드라이브에 로딩함으로써 그에 대한 정보를 알 수 있다.
본 발명의 박막 화학 분석 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 무선 RF IC(188)는 박막 분석 장치의 검사 결과를 무선 RF IC(188)에 내장된 메모리에 저장하는 것을 특징으로 한다.
박막 화학 분석 장치는 한쪽 면에 통상의 CD 또는 DVD의 광학 층(보호층, 반사층, 데이터층(pit 또는 염료층 또는 상변화(phase changing) 물질층))을 더 구비하여 통상의 광 픽업장치에 의해 재생 또는 기록되는 것을 특징으로 한다. 상기 데이터층에는 박막 화학 분석 장치의 버전(version), 제조일자, 프로토콜, 분석 알고리즘, 판독을 위한 표준 제어 값 및 분석 사이트에 대한 위치 정보, 생물정보학(bioinformatics) 정보, 자기 진단(self diagnosis)에 관련된 정보를 포함한다. 또한 개인 암호화 정보 및 박막 화학 분석 장치의 ID(identification) 정보가 저장될 수 있어, 타인이 함부로 사용할 수 없도록 할 수 있으며, 박막 화학 분석 장치의 분석결과 및 이력 정보가 기록 저장될 수 있어 병원에서 환자에 대한 자료 관리 또는 농축산물에 대한 이력 관리가 용이하다.
본 발명의 박막 화학 분석 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 무선 RF IC(188)는 상기의 분석 사이트 판독장치를 제어하고 판독 결과를 외부의 중앙제어장치(101) 또는 저장장치 또는 입출력장치(111)로 무선 송신하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 박막 화학 분석 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 입출력장치는 USB(Universal Serial Bus) 또는 IEEE1394 또는 ATAPI 또는 SCSI 또는 인터넷 통신망 의 통신 규격을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 입출력장치(111)를 통해 박막 화학 분석 장치(100) 사용자의 신장, 체중, 성별, 연령 등을 입력할 수 있다.
도 12는 BOPM(103), 영구 자석(5a) 및 접촉식 인터페이스 수단(240,241)이 설치 배치된 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이더(slider)의 상부도이다.
상기 슬라이더(slider)는 슬라이드 모터(109) 축에 연결된 웜(worm) 기어 연결부(109a,109b)에 의해 이동 제어된다.
상기 슬라이더(slider)는 슬라이드 아암(108a,108b)를 가이드(guide)로 사용하여 미끄러지듯 이동된다. 상기 슬라이드 아암(108a,108b)는 나사(110a,110b,110c,110d)을 통해 박막 화학 분석 장치 드라이브(100a)의 몸체에 체결된다. 도면 부호 110b은 플렉셔블 케이블(flexible cable)이며 웨이퍼 또는 하네스(110a)을 통해 연결된다. 도면 부호 181은 상기의 스핀들(spindle) 모터(102)에 의 해 회전하는 턴 테이블이다.
도 13는 도 11의 박막 화학 분석 장치(100)를 구동 및 제어하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 화학 분석 장치 드라이브(100a)의 측면도를 도시한다.
상기 슬라이더(211) 상의 접촉식 인터페이스 수단(240,241)을 통해 박막 화학 분석 장치(100) 상의 분석 사이트 판독을 위한 제어 신호들이 연결 공급된다. 접촉식 인터페이스(240,241)의 한쪽 말단부는 슬라이더(211) 상에 연결 고정되며; 다른 말단부는 분석 사이트 판독시, 슬라이더(211)의 이동 제어에 의해 박막 화학 분석 장치(100) 상에 연결부(240a, 241a)와 각각 밀착되어 전기적으로 연결된다.
도면 부호 300는 박막 화학 분석 장치 드라이브(100a)를 지지하고 있는 몸체이다. 박막 화학 분석 장치 드라이브 밑면에는 회로 기판(140)이 상기 박막 화학 분석 장치 드라이브의 몸체(300)에 이음 체결되어 있고, 회로 기판 위에 박막 화학 분석 장치 드라이브(100a)를 제어하기 위한 중앙제어 장치(101); 및 저장 장치 또는 입출력 장치(111)가 상기 회로 기판(140) 위에 배치 설계되어 있다. 상기 중앙제어 장치(101)는 상기 박막 화학 분석 장치(100)의 회전 또는 정지를 위해 스핀들(spindle) 모터(102)를 제어할 뿐만 아니라, 슬라이드(slide) 모터(109) 제어에 의해 슬라이더(211) 상에 설계 배치된 바이오 광 픽업모듈(BOPM)의 이동을 제어뿐만 아니라, 박막 화학 분석 장치(100)의 박막 밸브의 개폐를 제어하기 위해 영구 자석(5a)의 위치를 이동시킨다. 박막 밸브 개방시, 상기 영구 자석(5a)은 박막 화학 분석 장치(100)의 해당 밸브의 유공 중심에 매우 가까이 근접함에 의해 박막 화학 분석 장치(100)에 내장된 박막형 원기둥 자석에 자력을 효과적을 발휘할 수 있다.
또한, 상기 중앙제어장치(101)는 현재 박막 화학 분석 장치 드라이브(100a)에 로딩(loading)된 디스크가 통상의 광 디스크(예: 음악 CD, CD-R, 게임 CD, DVD 등)인지 박막 화학 분석 장치(100)인지를 판단하여, 통상의 광 디스크인 경우는 디스크로 부터 읽은 내용을 상기 광 픽업장치(103a)로부터 저장장치 또는 입출력장치(111)로 전송하거나, 쓸 내용을 광 픽업 장치(103a)로 보내고, 재생/기록(Read/Write)에 필요한 각종 제어 신호들을 상기 각부에 제공하는 등의 광 디스크를 위한 통상의 동작을 하고, 박막 화학분석 장치(100)인 경우 랩온어칩 공정 제어를 위한 각종 제어 명령신호를 상기 비접촉 인터페이스(106)에 의해 무선 RF IC(188)에 제어명령을 보낸다.
상기 제어 명령을 전달 받은 무선 RF IC(188)는 랩온어칩 공정을 제어 하기 위한 각종 제어 신호를 박막 화학 분석 장치(100)의 각 부분에 공급한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 박막 화학 분석 장치의 로딩(loading) 시점에서 박막 화학 분석 장치상의 무선 RF IC(188)를 통해, 상기 중앙 제어 장치(101)에 박막 화학 분석 장치(100)의 고유 ID를 무선 송신토록 함으로써 현재 박막 화학 분석 장치 드라이브(100a)에 로딩(loading)된 디스크가 박막 화학 분석 장치임을 중앙제어 장치(101)가 인식하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 BOPM 상의 분석 사이트 판독장치(103b)에 의해 얻어진 상기 분석 사이트(132)에 대한 판독 결과를 상기 슬라이더(211)에 연결된 플렉서블 케이블(110b)을 통해 중앙 제어 장치(101) 또는 저장장치 또는 입출력장치(111)로 보내거나, 박막 화학 분석 장치(100) 상에 내장된 무선 RF IC(188)에 의해 분석 사이트(132)에 대한 판독 결과를 무선 통신에 의해 중앙 제어 장치(101) 또는 저장장치 또는 입출력장치(111)로 보내거나 한다. 또는, 상기 분석 사이트에 대한 판독은 상기 회로기판(140) 위에 배치 설계된 이미지 센서 장치(144)에 의해 얻어진 분석 사이트에 대한 이미지 정보를 중앙 제어 장치(101) 또는 저장장치 또는 입출력장치(111)로 보냄으로써 이루어 질 수 있다. 도면 부호 104는 디스크 공극에 로딩된 박막 화학 분석 장치(100)의 압착 수단으로 턴테이블(181)과의 자력인력에 의해 압착하는 것으로 수직 이동과 공회전이 가능하도록 설계되는 것이 바람직하다.
도면 부호 40b는 상기 이미지 센서 장치의 조명(illumination)을 위한 적어도 한 개 이상의 LED(light Emitting Diode)이며, 상기 이미지 센서 장치 또는 LED는 슬라이더(211) 상에 탑재되거나 분석 사이트 상측 또는 하측에 설치될 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 LED는 다양한 파장의 빛을 발광하는 다색 LED(Multi color LED)가 선호되며 다양한 파장(wavelength)의 조명 하에서 분석 사이트(132)에 대한 반응 강도(reaction intensity)를 칼라 강도(color intensity)에 의해 표현된 영상 정보를 얻을 수 있으며, 이들 파장과 칼라 강도간의 2차원적 상관 관계에 의해 분석 사이트(132)의 반응결과를 정량 또는 정성 분석을 분석할 수 있다.
상기 다색 LED(Multi color LED)는 R,G,B LED가 바람직하다.
도면 부호 107은 레이저 발생 장치로 형광 또는 야광 표지된 분석 사이트 내의 시료를 여기(excitation) 시키는데 사용되며 이때 상기 이미지 센서 장치(144)에 의해 분석 사이트에 대한 이미지 정보를 얻는다. 형광 표지는 여기(excitation) 파장과 형광 표지로부터의 발생(emission) 파장간의 파장 차이가 작아 그들간의 신호 간섭(interference)을 제거하기 위해 고가의 광학필터가 요구될 뿐만 아니라, 간섭 제거가 완벽하지 않아 형광 탐지 성능을 저하시킨다. 반면, 야광 표지는 레이저 발생 장치의 여기가 오프(off)되어도 야광 표지로부터 오랫동안 기억된 빛을 발생하므로, 여기 오프 동안 야광 표지의 발생을 탐지할 수 있다. 따라서 이 경우 야광 탐지 장치는 여기 파장과 발생파장간에 간섭 없이 분석 사이트를 효율적으로 탐지할 수 있는 장점을 제공한다. 도면 부호 108은 분광 광도계(spectrometer)로 분석 사이트의 광 투과율 또는 광 흡수율을 측정키 위한 복수개의 빛 파장(wavelength)을 출력하고 각 파장에 따른 광 투과율 또는 광 흡수율을 측정하여 분석 사이트(132)의 반응 결과를 판독한다.
일반적으로 분광 광도계는 광원(light source), 파장 선택 장치(wavelength selector), 시료용기(시험관 또는 분석 사이트(132)), 그리고 광 검출기(photo detector)로 구성되어 있고 이는 당업자에게 공지기술이다.
분광 광도계는, 바탕 용액을 이용하여 투광도가 100％(흡광도 0)가 되도록 장치를 조절한 다음 시료 용액에 대한 흡광도를 측정한다.
광원(light source)은 시료 분석에 요구되는 파장 범위에 있는 충분한 에너지의 빛을 일정한 양으로 낼 수 있어야 한다. 광원은 텅스텐 등(tungsten filament lamp), 수소 등(hydrogen or deuterium lamp), 백색광 LED, Laser가 사용될 수 있으며, 본 발명에서는 백색광 LED 또는 RGB laser 또는 복수개의 LD(Laser Diode)가 집적화된 LD 모듈이 바람직하다.
상기RGB laser는 Red, Green 및 Blue 광을 출력하는 3개의 laser가 하나의 모듈 형태를 이룬 장치로 이들 3개의 laser 출력 파워 조합에 의해 시료 분석에 요구되는 다양한 파장의 빛을 얻을 수 있다.
상기 LD 모듈은 서로 다른 파장을 갖는 복수개의 LD(Laser Diode)을 모듈화한 것으로, 해당 파장의 빛을 출력하는 LD를 차례로 온(On) 시켜가면서 해당 파장에 대한 시료의 광 흡수율을 측정할 수 있다.
광원에서 나온 빛으로부터 특정 파장의 빛을 얻은 것은 분광 광도계에서 대단히 중요한 부분이다. 이상적인 경우는 엄밀한 의미에서의 단색광(monochromatic radiation)을 얻는 것이지만, 현실적으로 이것은 매우 어렵기 때문에 어떤 범위의 파장 분포를 보이는 빛은 스펙트럼의 대역폭(band width)을 명시하여 단색화(monochromatization) 정도를 나타낼 수 있다. 광원으로부터 단일파장에 가까운 빛일수록 측정의 감도(sensitivity)와 분해능(resolution)이 더 커진다.
원하는 파장의 빛은 파장 선택장치(wave length selector)로 얻을 수 있는데 필터 또는 그레이팅 미러(grating mirror) 또는 이의 조합을 사용한다.
상기 그레이팅 미러(grating mirror)는 입사된 빛을 파장 별로 분산시켜 반사시켜주는 일종의 프리즘과 같은 역할을 담당한다.
도 14는 그레이팅 미러(grating mirror)를 사용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 광도계(108)를 도시한다.
도 14를 참조하면, 광원(41)으로부터의 백색광을 렌즈(42)에 의해 빔(beam)으로 집속시킨 후, 1차 H-slit과 V-slit(45a)을 통과시켜 스팟 빔(spot beam)을 만 들고 이들 스팟 빔(spot beam)을 그레이팅 미러(grating mirror)(43)에 입사시키면 그레이팅 미러(43)에서 반사된 빛이 위상 공간 상에서 파장 별로 분리된다. 그레이팅 미러(43)에서 반사되어 위상 공간상에서 분리된 빛 중 특정 파장의 빛만 취하기 위해 특정 각도에 2차 H-slit 및 V-slit(45b)을 고정배치 한다. 이 경우 그레이팅 미러(43)를 회전시킴으로써 상기 2차 H-slit 및 V-slit(45b)을 통과하는 빛의 파장을 가변 할 수 있다. 즉, 그레이팅 미러(43)의 회전 각도를 제어함에 의해 원하는 특정 파장 영역의 빛을 얻을 수 있다.
이렇게 얻은 특정 파장의 빛을 이용하여 분석 사이트(132)에 통과시킨 후, 이를 상기 광 검출기(46)가 측정함으로써 분석 사이트 내의 시료의 광 흡수율 또는 광 투과율 또는 칼라 강도(Intensity of color)을 측정함으로써 시료의 화학반응결과를 정성분석 또는 정량 분석한다. 상기 시료의 화학반응결과를 정성분석 또는 정량 분석 방법에는 end point법, Rate Assay법, initial rate법 등이 있고 이것은 당업자에게 공지기술이다.
도면 부호 41은 분광 광도계(108)의 광원(light source)이고 상기 파장 선택장치(wavelength selector)는 그레이팅 미러(43)의 회전 각도를 제어하기 위한 스텝 모터(step motor)(44), 상기 광원으로부터의 빛을 집속하기 위한 렌즈(42)와 집속된 빔을 스팟 빔(spot beam)으로 만들기 위한 1차 H slit과 V slit (45a), 스팟 빔(spot beam)을 파장 별로 분리시키기 위한 그레이팅 미러(43); 및 그레이팅 미러에서 반사된 특정 각도의 빔(특정 파장의 빛)만을 통과시키기 위한 2차 H slit과 V-slit(45b) 로 구성된다. 상기 광원(41)과 파장선택장치에 의해 얻어진 특정 파장 의 빛을 분석 사이트(132)를 통과시키고 분석 사이트 내의 시료에 대한 광 흡수율을 광 검출기(46)가 측정함으로써 시료의 화학반응결과를 정성분석 또는 정량 분석한다. 상기 스텝모터(44)을 회전시켜 여러 파장(wavelength)의 빛을 분석 사이트에 통과시켜 분석 사이트 내의 시료에 대한 광 흡수율을 파장(wavelength)별로 측정할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 1차 H slit과 V slit 또는 2차 H slit과 V slit는 광섬유(optical fiber)가 대신 사용될 수 있다.
본 발명에서는 이하, 상기 광원, 렌즈, 1차 H slit과 V slit 또는 1차 광 섬유(45a), 그레이팅 미러(43), 2차 H slit과 V-slit(45b) 또는 2차 광 섬유간의 다양한 조합을 광원장치(99a)라 칭한다. 상기 LD 모듈과 RGB 레이저 모듈은 단독으로 상기 광원장치(99a)를 구성할 수 있으며 이 경우 광원장치(99a)가 경박 단순화될 수 있는 장점이 있다.
도 15 내지 도 17는 분광 광도계(108)를 이용하여 박막 화학 분석 장치(100) 상의 분석 사이트(132) 판독 방법을 구현한 본 발명의 실시예들을 도시한다. 도면 부호 555는 상기 광 검출기(46)의 판독을 위한 투명 개구부이다.
도 15를 참조하면, 상기 분광 광도계(108)의 광 검출기(46)가 박막 화학 분석 장치(100)의 상측에 설치되고 광원 장치(99a)가 하측에 설치된 경우와 상기 광원장치(99a) 및 광 검출기(46)의 모듈화된 분광 광도계(108)를 이용하여 박막 화학 분석 장치(100)의 원주 방향으로 배열된 복수개의 분석 사이트(132)를 판독한다. 이 경우 박막 화학 분석 장치(100)의 회전에 따라, 박막 화학 분석 장치에 원주 방 향으로 내장된 복수개의 분석 사이트(132)마다 일대일 대응하여 공간 어드레싱(space addressing) 하여 판독이 가능하다. 분광 광도계(108)는, 먼저 바탕 용액을 이용하여 투광도가 100％(흡광도 0)가 되도록 장치를 조절한 다음 복수개의 분석 사이트 내의 시료용액에 대한 흡광도를 측정한다.
본 발명에 있어서, 상기 복수개의 분석 사이트 중 적어도 한 개 이상의 분석 사이트는 조절(calibration)을 위한 바탕용액 챔버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 16의 왼쪽 그림을 참조하면, 상기 박막 화학 분석 장치(100) 내의 상부 기질(1) 또는 분석 사이트 내에 반사층(99b)을 집적화시키고 상기 광원장치(99a) 및 광 검출기(46)를 박막 화학 분석 장치(100)의 하측에 모듈화한 분광 광도계(108)를 배치한다. 상기 광원 장치(99a)에 의해 얻어진 특정 파장의 빛을 분석 사이트(132)를 통과시키고 상기 반사층(99b)에 의해 반사된 빛을 광 검출기(46)가 측정함으로써 분석 사이트 내의 시료에 의한 광 흡수율을 계측한다.
도 16의 오른쪽 그림을 참조하면, 상기 광 검출기(46)가 박막 화학 분석 장치(100)의 분석 사이트(132)내에 집적화된 경우를 나타낸다. 이 경우 복수개의 분석 사이트에 대해서는 일대일 대응하여 상기 광 검출기(46)가 배열된다. 이러한 광 검출기(46)가 박막 화학 분석 장치 내에 집적화된 경우는 광의 경로(optical traveling path)가 짧아져 광 검출기(46)의 수신 감도가 높아져 더욱더 민감도를 올릴 수 있다. 박막 분석 장치 내에 집적화된 광 검출기(46)의 판독결과는 상기 무선 RF IC(188)에 의해 읽혀진 후 중앙제어장치(101)로 무선 송출된다.
도 17를 참조하면, 상기 도 16의 왼쪽 그림에 예시된 것 같은 반사층(99b)을 상부 기질(1)에 집적화시키고 박막 화학 분석 장치(100)의 원주 방향으로 복수개의 분석 사이트가 배열되어 있다. 분광 광도계(108)에 의해, 박막 화학 분석 장치에 원주 방향으로 내장된 복수개의 분석 사이트마다 일대일 대응하여 공간 어 드레싱에 의해 순차적으로 판독이 가능하다. 이때 광원장치(99a)는 분석 사이트 마다 시료의 특성에 맞는 파장(wavelength)의 빛을 선택하여 출력함으로써 흡광도를 측정한다. 본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 분광 광도계(108)에 의한 분석 사이트의 순차적 판독은 상기 슬라이더(211) 상에 분광 광도계(108)을 탑재하여 "방사 방향 분석 사이트 탐색 과정" 및 "방위각 방향(azimuthal) 분석 사이트 탐색 과정"이 선행되는 것을 특징으로 한다.
상기 이미지 센서장치는 CCD 또는 CMOS 또는 픽셀(pixel) 단위로 광량을 센싱하는 라인 이미지 센서(line image sensor)가 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 라인 이미지 센서는 리니어 센서 어레이(linear sensor array) 또는 CIS(Contact Image Sensor)가 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 이미지 센서장치는 구비한 BOPM(103)이 분석 사이트의 이미지 정보를 얻기 상기 슬라이더(slider)(211)를 이동시키는 것을 특징으로 한다. 분석 사이트 판독 전 상기 슬라이더(211)상에 이미지 센서 장치를 탑재하여 "방사 방향 분석 사이트 탐색 과정" 및 "방위각 방향(azimuthal) 분석 사이트 탐색 과정"이 선행되는 것을 특징으로 한다.
도 18 내지 도 23는 항원-항체 반응 또는 바이오 물질간의 특이적 생화학 반 응에 의해 구현된 랩온어칩의 제반 공정이 배치된 본 발명의 실시예에 따른 박막 화학 분석 장치들을 도시한다.
도 24 및 도 25는 분석 사이트가 상이한 섹터에 병렬로 배열되어 단일 샘플에 대한 다종의 생화학 반응 분석을 위한 랩온어칩의 제반 공정이 배치된 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 화학 분석 장치들을 도시한다.
도면 부호 130은 주입구(121)를 통해 주입된 피 또는 검체로부터 원심분리에 의해 시료(혈청(serum), 혈장(plasma) 또는 불순물이 제거된 시료)을 준비하기 위한 프렙(Preparation) 공정을 수행하는 프렙 챔버(Preparation chamber)이고, 도면 부호 132는 항원-항체 반응 또는 바이오 물질간의 특이적 생화학 반응을 위한 챔버로 시료(analyte)을 분석 및 진단 하기 위한 포획 프로브가 챔버상에 고정화 되어 있거나 고정화 수단에 의해 고정화될 수 있는 분석 사이트(Assay site)이다. 도면 부호 133은 세정 공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버들(Trash chamber)이다. 도면 부호 292는 분석 사이트(132)와 트레쉬 챔버(133)를 연결하는 유로(channel)이고, 도면 부호 291은 버퍼 챔버(131)의 용액을 분석 사이트(132)로 유입시키기 위한 유로다.
도 18의 경우 도면 부호 291은 버퍼 챔버(131)의 용액 외에, 세정 챔버(128)의 세정 용액을 분석 사이트(132)로 유입시키기 위해 유로(7)과 유로(9)을 유로(291)에 같이 연결시켰다.
도 26의 경우는 도면 부호 293을 통해, 세정 챔버(128)의 세정 용액을 분석 사이트(132)로 유입시켰다.
도 23의 경우 도면 부호 291은 프렙 챔버(130)에서 분리된 시료를 직접 분석 사이트(132)로 유입시키기 위한 유로다. 상기 분석 사이트(132)는 (i) 다공성 멤브레인(membrane) 상에 표면 코팅된 인터디지테이티드 전극 간의 빈 공간에 포획 프로브가 고정되거나 (ii) 다공성 멤브레인(membrane) 상에 포획 프로브가 고정되거나 (iii) 분석 사이트(132)의 기질 표면 자체에 형성된 마이크로포어에 포획 프로브가 고정되거나 (iv) 고정 수단에 의해 원하는 시점에 포획 프로브가 분석 사이트의 기질상에 고정되는 것이 바람직하다. 상기 다공성 멤브레인은 NC(NitroCellulose) 또는 나이론 멤브레인 또는 정렬된 나노튜브(aligned nano tube)가 바람직하다. 상기 마이크로포어는 기질상에 엠보싱(embossing) 처리 또는 스탬퍼(stamper)에 의해 형성된 groove(또는 pit)가 바람직하다. 상기 다공성 멤브레인의 포어(pore) 사이즈 또는 마이크로포어의 포어(pore) 사이즈 또는 groove(pit) 사이즈는 모세관(capillary tube)에 의한 유체의 확산 속도에 주요 파라미터가 된다.
포어(pore) 사이즈가 클수록 확산 속도가 빨라진다. 본 발명에 있어서, 상기 마이크로포어 또는 groove(pit)는 친수성 코팅되는 것이 바람직하다.
상기 유로(291)로 유입된 용액은 상기 다공성 멤브레인 또는 마이크로포어 또는 확산 수단에 의해 확산 이동하면서 포획 프로브와 생화학적 특이적 결합(specific binding)을 하게 된다. 또한 도7a 또는 도 26 경우 챔버(128)로부터 유로(291) 또는 유로(293)로 유입된 세정 용액은 상기 다공성 멤브레인 또는 마이크로포어 또는 확산 수단에 의해 확산 이동하면서 분석 사이트(132) 상의 포획 프로 브와 비특이적 결합(non-specific binding)을 하고 있는 시료 또는 결합하지 않고 있는 시료들을 세척하게 된다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 다공성 멤브레인 또는 마이크로포어 또는 확산수단은 later flow 또는 관통 유동(flow through)에 의한 확산을 허용하는 것을 특징으로 한다.
상기 주요 공정(프렙 공정, 항원-항체 반응 또는 생화학 반응공정, 세정 공정)을 위한 챔버들(130,132,133)은 상기 박막 화학 분석 장치 상에 나선형으로 연결되어 배치되어 있다. 이는 상기 각 공정에 필요한 유체들이 원심력에 의해 이동 연결을 용이하게 한다. 또한 상기 주요 공정을 지원하기 위한 시약들을 가지고 있는 챔버들이 나선형으로 주변에 배치된다.
상기 챔버들 외에 DNA 증폭 등 필요한 공정을 추가키 위한 챔버들을 추가 및 삽입하는 것이 가능하다.
상기 프렙 챔버(130) 또는 보조 프렙 챔버(130a)는 원심분리에 의한 시료 분리를 용이케 하기 위해 도 18 내지 도 25에 예시된 바와 같은 원주 외곽 쪽의 체적이 더 넓은 원뿔형 비이커(BEAKER CONICAL) 모양 또는 플라스크(Flask) 모양 또는 주전자 모양의 챔버가 바람직하다.
본 발명에 있어서, 혈청은 혈장의 의미도 포함한다.
상기 박막 화학 분석 장치(100)의 고속 회전에 의한 원심분리에 의해 피로부터 혈청을 뽑아낸다. 원심 분리하면 피는 프렙 챔버(130) 내에서 혈청 및 혈병으로 분리된다. 상기와 같이 원주 외곽 쪽의 체적이 더 넓은 모양의 프렙 챔버(130)를 사용하는 경우, 프렙 챔버(130) 내에서 혈청이 가능한 많은 높이를 점유한다. 따라서 박막 화학 분석 장치의 회전 중 박막 밸브(151) 또는 버스트 밸브(151a)를 개방하면 원심력에 의해 버퍼 챔버(131)로 혈청만의 이동이 훨씬 용이해진다. 그러나 만약 혈청이 많은 높이를 점유하지 않으면, 혈청만을 버퍼 챔버(131)로 이동시키는 것은 매우 어려운 일이 될 것이다. 또한, 상기처럼 박막 화학 분석 장치의 회전 중에 혈청을 버퍼 챔버(131)로 원심력에 의해 이동시키지 않으면, 혈청 자체의 점도(viscosity) 때문에 버퍼 챔버(131)로의 이동이 어려울 뿐 아니라, 원심분리하여 얻은 혈청이 확산되어 혈병과 다시 혼합될 가능성이 커진다. 따라서 분리된 혈청을 버퍼 챔버(131)로 이동시킬 때는 회전 중에 이동시켜야만 한다.
도 27는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스트 밸브를 사용한 프렙 챔버(130)를 도시한다. 도 27를 참조하면, 쐐기형 프렙 챔버(130)와 버스트 밸브(151a)에 의해 검체로부터 분리된 시료를 버퍼 챔버(131)로 이동시키는 일 실시예이다. 쐐기형 프렙 챔버(130)는 디스크 회전시 검체 자체에 발생된 유압(
Figure 112008063998715-PCT00003
)이 쐐기형 모양으로 인해 쐐기 부분에서 유압(hydraulic pressure)이 증가되는 효과를 가져와 유압이 버스트 밸브(151a)에 효율적으로 집중된다.
우선 검체가 피인 경우를 예를 들어 설명하면 다음과 같다. 초기 버스트 밸브(151a)가 닫혀 있는 상태에서 주입구(121)을 통해 피를 프렙 챔버(130)에 주입한 후(Step 1), 원심분리를 위한 회전속도로 디스크를 회전시키면 원심력에 의해 피를 혈청과 혈병으로 분리시킨다(Step 2). 원심분리 동안에는 버스트 밸브(151a)는 개방되지 않는다. 이후 원심분리가 끝나면 버스트 밸브(151a) 개방을 위한 회전속도 로 디스크를 고속 회전시켜 버스트 밸브(151a)를 개방시킨다. 이때 개방된 버스트 밸브(151a)를 통해 프렙 챔버(130)의 외곽(원주방향의 외측, 박막분석 장치(100)의 외곽)에 있던 혈병이 원심력에 의해 보조 프렙 챔버(130a)로 먼저 이동하게 되고, 보조 프렙 챔버(130a)의 수위는 높아진다(Step 3). 이후 프렙 챔버(130)의 내측(원주방향의 내측)에 있던 혈청마저 보조 프렙 챔버(130a)로 이동하게 되면서 보조 프렙 챔버(130a)의 수위는 더욱더 높아지다가 그 수위가 프렙 구멍(20)에 다다르면, 프렙 구멍(20)을 통해 혈청이 버퍼 챔버(131)로 이동하게 된다(Step 4).
또 다른 실시예로 검체가 우유 또는 오줌 또는 바이오 물질인 경우를 예를 들어 도 27를 설명하면 다음과 같다. 초기 버스트 밸브(151a)가 닫혀 있는 상태에서 주입구(121)을 통해 검체를 프렙 챔버(130)에 주입한 후(Step 1), 원심분리를 위한 회전속도로 디스크를 회전시키면 원심력에 의해 검체를 시료와 찌거기로 분리된다(Step 2). 이후 원심분리가 끝나면 버스트 밸브(151a) 개방을 위한 회전속도로 디스크를 고속 회전시켜 버스트 밸브(151a)을 개방시킨다. 이때 개방된 버스트 밸브(151a)를 통해 프렙 챔버(130)의 외곽(원주방향의 외측)에 있던 찌거기가 원심력에 의해 보조 프렙 챔버(130a)로 먼저 이동하게 되고, 보조 프렙 챔버(130a)의 수위는 높아 진다(Step 3). 이후 프렙 챔버(130)의 내측(원주방향의 내측)에 있던 시료마저 보조 프렙 챔버(130a)로 이동하게 되면서 보조 프렙 챔버(130a)의 수위는 더욱더 높아지다가 그 수위가 프렙 구멍(20)에 다다르면, 프렙 구멍(20)을 통해 시료가 버퍼 챔버(131)로 이동하게 된다(Step 4).
도 18, 도 21, 도 22, 도 26 및 도 27에 예시된 쐐기형 프렙 챔버(130)는 디 스크 회전시 프렙 챔버(130)에 저장된 검체 자체에 발생된 유압(
Figure 112008063998715-PCT00004
)이 버스트 밸브(151a)에 효율적으로 집중되어, 버스트 밸브(151a)의 유공 폐쇄막이 유압에 의해 쉽게 뜯겨져 나가는 구조를 제공한다. 특히, 상기 쐐기형 프렙 챔버(130)는 적은 량의 검체만을 프렙 챔버에 저장할 수 밖에 없는 경우에 큰 원심력에도 불구하고 유압이 약해 버스트 밸브가 개방이 잘 안되는 상황을 극복하게 해준다.
본 발명에 있어서, 상기 쐐기형 프렙 챔버(130)에 있어서, 원심분리를 위한 회전 속도는 3000rpm∼5000rpm이 선호되며, 버스트 밸브(151a)의 개방을 위한 회전속도는 8000rpm∼10,000rpm이 바람직하다. 즉, 원심분리의 회전속도가 프렙 챔버의 버스트 밸브(151a)을 개방키 위한 회전속도보다 느려 원심분리 동안에 버스트 밸브(151a)는 닫혀 있다.
박막 화학 분석 장치(100)의 고속 회전에 상기 박막 화학 분석 장치(100)의 고속회전에 의한 원심분리에 의해 피로부터 혈청 내지 시료를 뽑아낸다. 원심분리하면 피는 프렙 챔버(130)내에서 혈청 및 혈병으로 분리된다. 상기와 같이 원주 외곽 쪽의 체적이 더 넓은 모양(원뿔 비이커 모양, 플라스크 모양)의 프렙 챔버(130)를 사용하는 경우, 프렙 챔버(130) 내에서 혈청이 가능한 많은 높이를 점유한다. 따라서 박막 화학 분석 장치의 회전 중 박막 밸브(151) 또는 버스트 밸브(151a)를 개방하면 원심력에 의해 버퍼 챔버(131)로 혈청만의 이동이 훨씬 용이해진다. 그러나 만약 상기 같은 프렙 챔버(130)모양이 아닌 경우 혈청이 많은 높이를 점유하지 않을 것이며, 따라서 혈청만을 버퍼 챔버(131)로 이동시키는 것은 매우 어려운 일이 될 것이다. 또한 상기처럼 박막 화학 분석 장치의 회전 중에 혈청을 버퍼 챔버 (131)로 원심력에 의해 이동시키지 않으면, 혈청 자체의 점도(viscosity) 때문에 버퍼 챔버(131)로의 이동이 어려울 뿐 아니라, 원심분리하여 얻은 혈청이 확산되어 혈병과 다시 혼합될 가능성이 커진다.
도면 부호 128은 세정 용액 또는 용출 버퍼(elution buffer)가 들어 있는 챔버이다.
상기 박막 화학 분석 장치(100)상의 유체 이동은 (i) 박막 화학 분석 장치 회전에 의한 원심력 과 밸브 개폐에 의하거나, (ii) 유로의 친수성 표면 처리에 의한 친수성 유체 이동 및 밸브 개폐 동작에 의하거나, (iii) 밸브의 빠른 개폐의 반복 동작을 동반한 친수성 유체 이동에 의하거나, (iv) 유체에 작용하는 원심력과 박막 화학 분석 장치의 회전 중 반복되는 밸브 개폐 동작에 의한다. 유로는 좁으므로 유체에는 모세관 현상이 동반된다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 박막 화학 분석 장치(100) 상의 유체 이동은 박막 화학 분석 장치 회전 중 유체에 발생한 원심력; 및 박막 화학 분석 장치 회전 중 슬라이더(slider)(211)상에 설치된 영구 자석(5a) 과 해당 밸브의 유공과 일치할 때마다 유공이 개방되는 밸브 동작에 의한 유체 이동을 선호하며 이러한 밸브 동작을 본 발명에서는 이하 "펄스 밸브(pulse valve)" 동작이라 칭한다.
이하는 "펄스 밸브" 동작의 일 실시예를 도 18를 참조하여 상세히 설명한다.
원 중심으로부터 박막 밸브(151)까지의 거리를 R1, 박막 밸브(152)까지의 거리를 R2, 박막 밸브(153)까지의 거리를 R3, 박막 화학 분석 장치(100)의 최외곽 원주 바깥쪽까지의 거리를 R4라 하면, 이들 거리는 R1＜R2＜R3＜R4 관계를 갖는다.
박막 밸브(151)를 상기 펄스밸브동작에 의해 개방하려면, 상기 슬라이더(211) 상의 영구 자석(5a)를 거리 R1으로 이동시킨 후, 박막 화학 분석 장치(100)을 회전시킨다. 박막 화학 분석 장치(100) 회전 동안 박막 밸브(151)의 유공 중심에 위치한 박막형 원기둥 자석은 상기 영구 자석(5a)와 마주치게 되고 마주칠 때마다, 상기 박막형 원기둥자석과 영구 자석(5a)간에는 인력이 발생하여 박막 밸브(151)이 순간적으로 열리게 된다. 또한 박막 화학 분석 장치(100)는 회전 중이므로 박막 밸브(151)가 열리는 순간 순간마다 유체가 원심력에 의해 이동하게 된다.
상기 박막 밸브들을 폐쇄(closing) 시키려면, 상기 슬라이더(211) 상의 영구 자석(5a)를 거리 R4 지역으로 이동시킨다.
거리 R4에 있는 영구 자석(5a)은 상기 박막 밸브들(151,152,153)에 아무런 영향을 주지 않는다. 그러나 상기 박막 밸브의 유공 상측에 위치한 영구 자석(4a,4b,4c)과 박막형 원기둥 자석(7a,7b,7c) 간의 인력에 의해 유공이 닫히게 된다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 박막 화학 분석 장치(100) 상의 유체 이동은 유로의 친수성 표면 처리에 의한 친수성 유체 이동; 또는 친수성 유체 이동 및 상기 슬라이더(211) 상의 영구 자석(5a)의 해당 유공 중심으로의 빠른 접근과 이탈의 반복동작에 의해 야기된 박막형 원기둥의 자석의 상하 운동에 따른 유체에 작용하는 펌핑(pumping)력; 또는 상기 박막형 원기둥의 자석의 빠른 상하 운동에 따른 유체에 작용하는 펌핑(pumping)력에 의해 유체가 이동하는 것을 특징으로 한다.
이하, 상기 펌핑(pumping)력에 의한 유체 이동을 "펌핑 유체 이동"이라 칭한 다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 친수성 유체 이동 및 펌핑 유체 이동은 하기의 "방사 방향 밸브 탐색 과정"과 "방위각 방향(azimuthal) 밸브 탐색 과정"이 선행되는 것을 특징으로 한다.
(1) "방사 방향 밸브 탐색 과정"은 방사방향(radial)으로 영구 자석(5a)을 이동시키는 과정으로, 상기 유공 중심의 반경(R1 또는 R2 또는 R3)에 해당하는 위치로 상기 슬라이더(211) 상의 영구 자석(5a)을 이동시킴으로써 이루어 진다. (2) 이후, 해당 반경상에서 영구 자석(5a)과 유공의 위치를 일치시키기 위해 "방위각 방향(azimuthal) 밸브 탐색 과정"이 필요하다.
이것은 슬라이더(slider)(211)을 중지한 채, 스핀들(spindle) 모터(102)을 서행시키든지, 스핀들(spindle) 모터의 짧은 회전과 중지의 반복 동작을 통해 이루어진다. 스핀들(spindle) 모터의 서행 또는 여러 차례의 짧은 회전을 통해, 슬라이더(211) 상의 영구 자석(5a)과 해당 반경상에 있는 박막형 원기둥 자석(7a,7b,7c)과 일단 일치하게 되면, 그들간의 강한 인력으로 인해 상기 서행 또는 짧은 회전은 더 이상 박막 화학 분석 장치를 회전시키지 못하고 이때 영구 자석(5a)과 유공중심간의 정렬이 이루어 진다.
즉, 상기의 유체 이동은 "방사 방향 밸브 탐색 과정"과 "방위각 방향(azimuthal) 밸브 탐색 과정"에 의해 영구 자석(5a)과 해당 박막 밸브의 유공중심과 일치하게 되어 해당 박막 밸브가 개방되고 이후, 상기 친수성 유체 이동에 의해 유체가 이동하거나 상기 "펌핑 유체 이동" 방식인 슬라이더(211)를 유공을 중심으 로 전후 또는 좌우 흔들어줌으로써 박막형 원기둥(7a,7b,7c)의 자석의 빠른 상하운동에 따른 유체에 작용하는 펌핑(pumping)력 과 유로의 친수성 표면처리에 의한 친수성 유체 이동에 의해 유체가 이동하는 것이다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 "방위각 방향(azimuthal) 밸브 탐색 과정"은 방위각 방향 밸브탐색 필요시점에서 스핀들 모터(102)의 축에 기계적으로 연결 접속되는 스텝모터의 회전 제어 에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다. 스텝모터의 회전에 따라 스핀들 모터(102)가 회전각도가 제어된다.
도면 부호 7, 8, 9 및 10은 박막 화학 분석 장치의 고속 회전 동안 액체의 누출(leakage)을 방지키 위한 액체 밸브이다.
본 발명에 있어서, 상기 액체 밸브는 친수성 코팅된 "V" 또는 "U"자 모양의 유로(7,8,9,10)이 바람직하다.
도면 부호 131은 상기 프렙 챔버(130)에서 얻어진 시료를 일시 저장하거나 상기 프렙 챔버(130)에서 얻어진 시료를 희석시키기 위한 희석 용액(dilution buffer)을 저장하거나 시료에 표지자(label)를 붙이기 위한 표지자를 저장하고 있는 버퍼(buffer) 챔버 이다. 일반적으로 상기 표지자는 항체 또는 DNA가 결합된 형태의 발색용 입자로서 금(gold 또는 gold conjugate) 또는 라텍스(latex) 또는 형광 표지 또는 야광 표지 또는 방사능 동위원소 또는 효소(enzyme 또는 enzyme linked antibody) 표지(label)를 갖는다. 상기 효소는 효소와 반응하는 기질(substrate) 용액에 의해 발색한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 효소와 반응하여 발색하는 기질 용액 을 저장하고 있는 기질 챔버를 더 구비한 것을 특징을 한다. 본 발명에 있어서, 상기 시료는 혈청, DNA, 단백질, 리간드(ligand), 수용체(receptor) 등 특이적 생화학 결합 반응을 일으키는 바이오 물질이 바람직하다.
도면 부호 18b, 18c, 18d 및 18e는 해당 챔버에 시약을 미리 주입하기 위한 시약 주입구 또는 배기구이다.
도면 부호 290a은 디스크 생산 및 조립시 필요한 박막 화학 분석 장치의 정렬(alignment)을 위한 기준 구멍이다. 이 기준 구멍(290a)은 지그(jig)에 설치된 고정축(fixture)에 삽입된다.
본 발명에 있어서, 상기 버퍼 챔버(131)의 표지자는 액상(liquid phase)대신 고체(solid phase) 알갱이인 것이 바람직하다. 이들은 희석 버퍼 챔버(131a)에 저장되어 있는 희석 용액에 의해 용해되어 용액(liquid phase)상태로 된다.
상기 고체 알갱이는 tablet, ball, grain, powder 형태 또는 다공성 패드(pad)에 냉동 건조된 형태(frozen dried form)중 선택된 입자를 의미한다.
본 발명의 박막 화학 분석 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 버퍼 챔버(131) 내에는 챔버 내의 액체 물질(항원과 희석 용액 또는 항원과 표지자 또는 고체 알갱이 와 희석 용액) 들이 서로 잘 혼합(mixing)될 수 있도록 자성체 소형 구슬을 내장하고 상기 슬라이더(211) 상의 영구 자석(5a)에 의해 상기 자성체 소형 구슬에 인력을 작용하여 슬라이더(211)의 빠른 움직임에 따라 챔버 내의 자성체 소형 구슬들이 요동침으로써 액체의 혼합(mixing)동작을 유도할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 영구 자석(5a) 대신 전자석의 ON/OFF 제어 또는 자장 방향 변화에 의해 챔버 내의 자성체 소형 구슬들이 같이 따라 움직임으로서 액체의 혼합(mixing)동작을 유도할 수 있다.
본 발명의 박막 화학 분석 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 버퍼 챔버(131)는 버퍼 챔버 내에 삽입(저장)된 자성체 소형 구슬; 및 상기 슬라이더(211)상의 영구 자석(5a)을 버퍼 챔버(131)의 해당반경에서 정지한 채로, 박막 화학 분석 장치의 회전 또는 정역회전의 반복에 따라 버퍼 챔버 내의 자성체 소형 구슬들이 (자석의 인력에 따라) 움직임으로써 혼합(mixing) 동작을 유도할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 혼합(mixing) 동작은 혼합 동작을 수행하고자 하는 챔버에 대해 "방사 방향 챔버 탐색 과정" 또는 "방사 방향 챔버 탐색 과정"과 "방위각 방향(azimuthal) 챔버 탐색 과정"이 선행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 박막 화학 분석 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 프렙 챔버(130)는 정량의 피(blood) 또는 정량의 검체만을 저장키 위해, 정량을 초과하는 과잉(excess) 피 또는 검체가 프렙 챔버에 주입된 경우, 잉여분(excess)의 피 또는 검체를 저장하기 위한 잉여챔버(129)를 더 구비한 것을 특징으로 한다. 도면 부호 18a는 잉여챔버(129)의 배기구 이다.
프렙 챔버(130)에 과잉으로 주입된 검체들은 잉여 챔버(129)로 이동되게 함으로서, 프렙 챔버(130)에는 항시 정량의 샘플이 저장되도록 한다.
본 발명의 박막 화학 분석 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 잉여 챔버(129)은 정량을 초과하는 잉여분(excess)의 검체(또는 피)을 박막 화학 분석 장치의 회전 동안 원심력에 의해 정량 유로(93)을 통해 잉여챔버(129)로 이동시키는 것을 특징으로 한다. 상기 정량 유로(93)의 높이 조절(방사방향의 거리에 해당)에 의해 프렙 챔버(130)에 남게 되는 샘플(검체)량을 결정하게 된다. 상기 정량 유로(93)의 높이 이상의 프렙 챔버 내의 검체는 회전 동안 원심력에 의해 정량 유로(93)을 통해 잉여챔버(129)로 이동하게 된다.
도면 부호 151, 152 및 153은 박막 밸브를 나타내고 도면 부호 151a, 152a 및 153a는 버스트 밸브를 나타낸다.
본 발명에 있어서, 도 18 내지 도 20 및 도 24, 도 25의 박막 밸브(151)는 펄스 밸브 동작에 의해 프렙 챔버(130)의 시료를 버퍼 챔버(131)로 이송시키는 것이 바람직하다.
도 19 내지 도 22에는 선택 사항으로 박막 밸브(152)가 도 18처럼 버퍼 챔버(131)의 출구에 추가로 설치될 수 있다. 이 경우 박막 밸브(152)는 상기 친수성 유체 이동 또는 펌핑 유체 이동에 의해 버퍼 챔버(131)의 유체가 유로(7,291)을 통해 분석 사이트(132)로 이동하는 것이 바람직하다.
도 19 내지 도 23에는 선택사항으로, 도 18처럼 박막 밸브(153)와 세정 챔버(128)가 유로(8)과 함께 추가로 설치될 수 있다. 이 경우 유로(8,291)은 박막 밸브(153)에 의한 상기 친수성 유체 이동 또는 펌핑 유체 이동에 의해 세정 챔버(128)의 용액이 분석 사이트(132)로 이동할 수 있는 통로를 제공하는 것을 특징으로 한 다.
본 발명에 있어서, 도 19 내지 도 23의 유로(7)은 박막 화학 분석 장치(100)의 회전 중 유로(7) 자체의 액체 밸브 기능에 의해 버퍼 챔버(131)(도 23의 경우는 프렙 챔버(130) 또는 보조 프렙 챔버(130a)에 억류되어있던 유체가 회전 정지 순간 친수성 유체 이동에 의해 버퍼 챔버(131)의 용액이 분석 사이트(132)로 이동하는 통로를 제공하는 것을 특징으로 한다.
도 18, 도 20, 도 21 및 도 26에 있어서, 도면 부호 128a 및 131a는 액체 저장 챔버로서 각각 세정용액 및 희석 용액을 저장하고 있다가, 원심력에 의한 버스트 밸브(152a, 153a) 개방시 이들 용액은 각각 세정 챔버(128) 및 버퍼 챔버(131)로 이동한다. 이 경우 버퍼 챔버(131)에는 상기 고체 알갱이 표지자가 저장될 수 있으며 희석 용액에 의해 용해되어 액체상태의 표지자로 된다.
도 21, 도 22 및 도 26에 있어서, 프렙 챔버(130)의 출구에 박막 밸브(151) 대신 버스트 밸브(151a)를 사용한 일실시예이다. 버스트 밸브(151a)는 시료의 원심분리 공정 동안에는 막혀 있다가 버스트 밸브(151a)를 개방키 위한 속도(원심분리 이상의 속도)로 회전시 개방되며, 이때 검체로부터 분리된 시료가 버퍼 챔버(131)로 이동한다.
도 23는 버퍼 챔버(131)와 상기 박막 밸브 및 버스트 밸브를 사용치 않은 일실시예로 원심분리 공정 동안에는 유로(7)의 액체 밸브기능에 의해 억류되어 있다가 회전 정지시 프렙 챔버(130) 또는 보조 프렙 챔버(130a)에서 시료가 친수성 유체 이동에 의해 분석 사이트(132)로 이동한다. 도 23의 상부 도면의 실시예 경우 는, 선택사항으로 프렙 챔버(130)의 출구에 박막 밸브(151)를 더 구비할 수 있다.
또한, 도 23의 상부 도면 실시예 경우는 선택사항으로 상기 도 18의 잉여 챔버(129)를 더 구비할 수 있다.
도 23을 참조하여 상세히 설명하면,
(1) 박막 화학 분석 장치(100) 사용 전, 사용자는 채혈한 피(또는 검체)를 샘플 주입구(121)를 통해 프렙 챔버(130)에 주입하면, 상기 프렙 챔버(130)에 검체가 저장된다.
(2) 이후, 박막 화학 분석 장치를 상기 박막 화학 분석 장치 드라이브에 로딩하면, 박막 화학 분석 장치는 고속으로 회전되고 이때 원심분리에 의해 프렙 챔버(130) 내의 피를 혈청 과 혈병으로 분리시키거나 검체로부터 시료를 분리시킨다. 도 23의 하부 도면 경우는 원심분리 후 고속 회전에 의해 버스트 밸브(151a)를 개방시켜 보조 프렙 챔버(130a) 내로 분리된 시료들을 이동시킨다. 상기 원심분리 또는 고속회전 동안 상기 유로(7) 자체에 형성된 액체 밸브 기능에 의해 시료가 분석 사이트(132)로 이동치 않고 프렙 챔버(130) 또는 보조프렙 챔버(130a)내에 억류된다.
(3) 이후, 박막 화학 분석 장치의 회전을 멈추면, 상기 유로(7,291)을 통해 친수성 유체 이동 또는 펌핑 유체 이동 또는 박막 밸브의 개방에 의해 시료가 분석 사이트(132)로 이동한다. 이후, 적정 시간 동안 항원-항체반응 또는 생화학 결합반응을 위해 인큐베이션한다.
(4) 이후, 박막 화학 분석 장치를 고속 회전하여 분석 사이트(132)를 원심력 에 의해 탈수 및 세정한다.
(5) 이후, 분석 사이트(132)의 반응결과를 상기 광학 측정장치, 전기화학 측정장치, 임피던스 측정장치 또는 이미지 센서 장치 또는 바이오 피트(pit) 탐지장치 또는 형광탐지장치 또는 야광 탐지장치 또는 방사능 탐지장치(detector) 또는 분광 광도계 또는 SPR(Surface Plasmon Resonance) 탐지장치 또는 눈(eye)에 의해 판독한다.
(6) 이후, 선택사항으로 상기 판독 결과에 따른 진단 결과 와 처방이 컴퓨터 모니터 상에 표시되고, 자동 또는 수동으로 해당 전문의사 와 인터넷 망을 통해 원격 접속되고, 상기 진단 결과 데이터 및 문진표가 필요시 전문의사에게 원격 전송된다. 이후 환자는 전문의사의 처방을 기다린다.
도 18의 하부 도면의 일실시예는, 적은 검체를 사용한 박막 분석 장치에 적당한 일실시예를 나타낸다. 도면 부호 128a 및 128b는 액체 저장 챔버로 세정 챔버(128a)의 세정용액은 버스트 밸브(153a)의 개방에 의해 챔버(128)로 이동하고 가상 시료챔버(128b)의 가상 시료는 버스트 밸브(153b)의 개방에 의해 챔버(128)로 이동한다.
다량의 검체를 환자로부터 추출하는 것은 환자에게 매우 부담스러운 일이다. 따라서 소량의 검체만으로 박막분석 장치가 동작하는 것은 매우 중요하다.
도 18의 하부 도면은 소량의 검체로부터 시료를 분리하기 위해 쐐기형 프렙 챔버(130)를 사용하였다. 검체량이 적기 때문에 검체로 분리된 시료는 더욱더 적을 것이다. 분리된 시료는 유로(7)을 통해 이동하여 분석 사이트(132)에 도달할 것이 다.
만약 분석 사이트(132)를 상기 NC(Nitrocellulose) 멤브레인, 나일론 멤브레인 및 다공성 멤브레인 중 선택된 하나로 형성되었고, 상기 멤브레인은 한쪽 말단에 샘플패드(sample pad)와 콘쥬게이트 패드, 다른 말단은 흡수패드(absorbent pad)을 더 구비한 경우, 상기 시료는 상기 맴브레인을 확산 이동하면서 멤버레인상의 마커 내지 포획 프로브와 반응을 일으키기에는 매우 부족한 양일 것이다. 샘플 패드 적시기에도 부족한 양일 수 있다.
따라서 샘플패드를 적신 후, 시료를 추가 공급해 주지 않으면 더 이상 확산은 일어나지 않을 것이다. 시료의 추가 공급이 불가능하므로 가상시료를 유로(291)을 통해 추가 고급한다. 이를 위해 버스트 밸브(153b)를 개방하여 가상시료를 저장하고 있는 가상시료챔버(128b)로부터 가상시료를 챔버(128)로 이동시킨다. 이후 박막 밸브 153을 개방하여 가상시료를 분석 사이트(132)에 추가 공급하여 주면 확산중단 현상 없이 시료가 확산을 지속할 수 있다.
맴브레인상의 확산이 끝나면 박막디스크를 고속 회전시켜 탈수시켜 건조시킨다. 이후, 버스트 밸브(153a)을 개방하여 세정용액을 챔버(128)로 이송시키고 박막 밸브(153)을 개방하여 분석 사이트(132)에 세정 용액을 건조된 멤브레인에 공급하여 확산 이동하면 분석 사이트를 세정한다.
이후 확산이 끝나면 박막 디스크를 고속 회전시켜 탈수시켜 건조시킨다.
상기 가상시료는 시료보다 확산속도가 느려야 한다. 시료보다 가상시료의 확산속도가 빠르면 멤버레인상에 고정화된 포획 프로브의 반응이 가상시료에 의해 방 해를 받을 것이다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 가상 시료는 시료보다 점도(viscosity)가 더 높은 용액을 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 가상 시료는 글리세롤(glycerol)이 첨가된 세정 용액이 바람직하다. 도 18의 하부 도면의 실시예의 경우, 상기 멤브레인은 샘플패드를 포함하지 않는 것이 바람직하다. 이 경우 더욱 적은 시료만으로도 반응이 가능할 것이다.
도 24 및 도 25는 분석 사이트가 상이한 섹터에 병렬로 배열되어 단일 샘플에 대한 다종의 생화학 반응 분석을 위한 랩온어칩의 제반 공정이 배치된 박막 화학 분석 장치의 일실시예를 보인다.
상기 생화학 반응 분석이란, 혈액내의 GOT, GPT, ALP, LDH, GGT, CPK, Amylase, T-Protein, Albumin, Glucose, T-Cholesterol, Triglycerides, T-Bilirubin D-Bilirubin, BUN, Creatinine, I.Phosphorus, Calcium, Uric Acid 등의 분석을 말한다.
도면 부호 130은 주입구(121)를 통해 주입된 피로부터 원심분리에 의해 시료를 준비하기 위한 프렙(Preparation) 공정을 수행하는 프렙 챔버(Preparation chamber)이고, 도면 부호 132a, 132b, 132c 및 132d는 생화학 반응을 위한 챔버로 상기 생화학 반응 과 생화학 반응 결과를 분석 및 진단 하기 위한 시약이 저장되어있고 상기 프렙 챔버(130)에서 공급 되는 시료(analyte)와 생화학반응을 수행하는 분석 사이트(Assay site)이다. 본 발명에서는 상기 분석 사이트에 저장된 시약은 생화학 분석용 시약을 고농축한 고체 알갱이 형태인 것이 바람직하다. 상기 분석 사이트(132a,132b,132c,132d)에 저장된 고체 알갱이는 희석 용액에 의해 용해되어, 액상(liquid phase)의 시약으로 변환되는 것이 선호되며, 추후 시료와 생화학 반응한다.
상기 희석 용액은 박막 화학 분석 장치(100) 회전시 버스트 밸브(155a, 155b, 155c 및 155d)의 개방 동작에 의해 희석 용액 저장 챔버(134a, 134b, 134c 및 134d)에 저장된 액상의 희석 용액이 각각의 해당 분석 사이트(132a,132b,132c 및 132d)로 공급된다.
상기 "생화학 반응 분석"을 위한 서로 다른 종류의 고체 알갱이 시약은 한 종류의 통일된 희석 용액에 의해 액상(liquid phase)의 시약으로 전환될 수 있는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 복수개의 독립된 분석 사이트(132a,132b,132c 및 132d) 마다 정량의 희석 용액을 공급하기 위해 각 분석 사이트의 고체 알갱이에 대한 희석비율에 해당하는 정량의 볼륨(volume)을 갖는 희석 용액 저장 챔버(134a, 134b, 134c 및 134d)를 구비하게 된다.
도면 부호 7은 박막 화학 분석 장치의 고속회전 동안 액체의 누출(leakage)을 방지키 위한 액체 밸브다.
본 발명에 있어서, 상기 액체 밸브는 친수성 코팅된 "V" 또는 "U"자 모양의 유로(7)가 바람직하다.
도면 부호 131는 상기 프렙 챔버(130)에서 얻어진 시료를 일시 저장하거나 상기 프렙 챔버(130)에서 얻어진 시료를 희석시키기 위한 희석 용액(dilution buffer)을 저장하거나 시료에 표지자(label)를 붙이기 위한 표지자를 저장하고 있는 버퍼(buffer) 챔버이다. 일반적으로 상기 표지자는 항체 또는 DNA가 결합된 형태의 발색용 입자로서 금(gold 또는 gold conjugate) 또는 라텍스(latex) 또는 형광 표지 또는 야광 표지 또는 효소(enzyme 또는 enzyme linked antibody)를 갖는다. 상기 효소는 효소와 반응하는 지질용액(substrate)에 의해 발색한다.
도면 부호 290a는 기준 구멍이고 129는 상기 잉여챔버이다.
도면 부호 131a는 선택사항으로 희석 용액을 저장하고 있는 희석버퍼 챔버이다.
버스트 밸브(152a)의 개방에 의해 희석버퍼 챔버(131a)내의 희석 용액이 버퍼 챔버(131)로 투입된다.
본 발명에서 상기 표지자는 액상(liquid phase) 대신 고체(solid phase) 알갱이가 바람직하다. 이들은 버스트 밸브(152a)의 개방에 의해 희석 버퍼 챔버(131a)에 저장되어 있는 희석 용액이 버퍼 챔버(131)내에 투입됨으로써 상기 버퍼 챔버 내의 표지자를 용해시켜 용액(liquid phase)상태로 만든다.
또 다른 실시예는, 본 발명에서 상기 표지자는 희석 버퍼 챔버(131a)에 액상의 표지자를 저장하고 있다가 박막 화학 분석 장치 사용시 버스트 밸브(152a)의 개방에 의해 버퍼 챔버(131)에 공급할 수도 있다.
도면 부호 151, 152, 154a, 154b, 154c 및 154d는 박막 밸브고 도면 부호 152a, 155a, 155b, 155c, 155d, 156a, 156b, 156c 및 156d는 버스트 밸브다.
도면 부호 13a, 13b, 13c, 13d 및 14는 배기구이다.
도 24를 참조하면, 정량 챔버(140a,140b,140c 및 140d)는 대응하는 분석 사이트(132a,132b,132c 및 132d)에 정량의 시료를 공급하기 위한 챔버로, 정량 챔버(140a,140b,140c 및 140d)의 체적(volume)이 분석 사이트로 공급될 시료의 량을 결정한다.
유로(7)과 동심원 유로(9)은 친수성코팅되어 있고 오버플로우 챔버(overflow chamber)(132e)는 소수성 코팅되어 있다.
따라서, 박막 밸브(152)의 개방에 의해 버퍼 챔버(131)내의 시료가 유로(7)을 거쳐 동심원 유로(9)을 따라 친수성 유체 이동한다. 정량 챔버(140a,140b,140c 및 140d)는 친수성 코팅되어 있는 챔버로 상기 동심원 유로(9)로의 시료 이동 동안에 채워진다. 이때 오버플로우 챔버(132e)는 소수성이므로 동심원 유로(9)과 정량 챔버(140a,140b,140c 및 140d)에만 시료가 채워진다.
상기 동심원 유로(9)는 동심원을 갖도록 설계되어 있어 회전시 같은 원심력을 받는다.
따라서 동심원 유로(9)에 시료가 채워지고 난 후, 박막분석 장치를 회전시키면, 상기 정량 챔버(140a,140b,140c 및 140d) 내에만 시료가 저장된 채 남아 있고, 동심원 유로(9)를 채우고 있던 시료들은 원심력에 의해 오버플로우 챔버(132e) 쪽으로 전부 빠져나간다.
이후, 상기 박막 밸브(154a,154b,154c 및 154d)을 상기 펄스밸브 동작에 의해 개방시켜 각각의 분석 사이트(132a,132b,132c 및 132d) 내로 상기 정량 챔버 ((140a,140b,140c 및 140d) 내의 시료를 유입시켜 시약과 생화학반응을 일으킨다. 본 발명에 있어서, 상기 박막 밸브(154a,154b,154c 및 154d)는 동심원상에 배치되어 있어 펄스 밸브동작시 동시에 개방되는 것이 바람직하다.
이후 상기 분석 사이트(132a,132b,132c 및 132d)를 상기 분광 광도계에 의해 분석 사이트 내의 시료의 광 흡수율을 측정함으로써 시료의 생화학 반응 결과를 정성 분석 또는 정량 분석한다.
본 발명에 있어서, 상기 동심원 유로(9)는 동심원을 갖도록 설계되어 있어 회전시 같은 원심력 받아 상기 박막 화학 분석 장치(100)를 회전시키면, 상기 정량 챔버(140a,140b,140c 및 140d)에만 시료가 저장된 채 남아 있고, 동심원 유로(9)를 채우고 있던 시료들은 원심력에 의해 오버플로우 챔버(132e)에 형성된 소수성 장벽을 이기고 오버플로우 챔버(132e)쪽으로 전부 빠져나가는 것을 특징으로 한다.
도 25는 4개의 병렬 섹터들(sectors)(170a,170b,170c및 170d)을 가진 박막 화학 분석 장치의 일실시예를 보인다. 검사항목증가에 따라 섹터 수를 증가 시킬 수 있다. 각 섹터는 동작은 같은 방식으로 동작한다.
도 25를 참조하면, 박막 밸브(152)의 개방에 의해 버퍼 챔버(131) 내의 시료가 유로(7)을 거쳐 섹터 유로(7a,7b,7c 및 7d)을 통해 친수성 유체 이동한다. 이들은 섹터 유로는 시료 이동 통로 역할도 하지만 각 섹터유로의 길이와 폭을 조절에 의해 각 섹터에 공급될 시료량을 결정하는 정량 챔버역할도 한다. 섹터(170a)의 경우, 섹터 유로(7a)에 차 있는 시료는 버스트 밸브(156a)의 개방에 의해 분석 사이트(132a) 내로 유입되고 섹터(170b)의 경우는, 섹터 유로(7b)에 차 있는 시료는 버 스트 밸브(156b)의 개방에 의해 분석 사이트(132b) 내로 유입되어 시약과 생화학반응을 일으킨다.
이후 상기 분석 사이트를 상기 분광 광도계에 의해 분석 사이트 내의 시료의 광 흡수율을 측정함으로써 시료의 생화학 반응 결과를 정성 분석 또는 정량 분석한다.
상기 버스트 밸브들(156a,156b,156c,156d) 대신에 박막 밸브를 사용할 수 있으며, 이 경우 펄스밸브동작에 의해 동시에 개방되어 시료가 분석 사이트 내로 이동할 수 있다. 상기 섹터 유로로부터 분석 사이트로의 시료 이동은 밸브개방 동안의 원심력에 이루어지며, 이 경우 서로 이웃한 섹터 유로간의 간섭이 없는 형태로 섹터 유로가 설계된다. 즉, 섹터 유로(7a)의 시료가 섹터 유로(7b)에 속한 분석 사이트(132b)로 이동치 않고 분석 사이트(132a)로만 이동한다. 상기 섹터유로는 섹터 유로간 간섭을 최소화 하기 위해, 원심력 발생 동안 시료가 각 섹터유로에 고립되도록 "V" 또는 "U"자 모양을 갖는다.
본 발명에 있어서, 상기 분광 광도계(108)의 계측을 위한 "방위각 분석 사이트 탐색"은 스텝 모터(step motor) 또는 스텝 모터에 연결된 기어 연결에 의한 박막 화학 분석 장치의 회전각(rotation angle) 제어에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 분광 광도계(108)의 계측을 위한 "방위각 분석 사이트 탐색"은 분석 사이트 탐색용 박막 원기둥 자석을 몸체의 원주상에 배치하여 상기 "방위각 방향 밸브 탐색" 과정을 응용한 "방위각 분석 분석 사이트 탐색"을 시 행함으로써 이루어지거나 몸체(100)의 회전 동안 바탕용액 챔버에 의해 분석 사이트를 공간 어드레싱(space addressing)하여 각 분석 사이트 내 시료의 광 흡수율을 몸체 회전 동안 순차적으로 계측함으로써 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 경우 상기 몸체는 바탕용액을 저장키 위한 분석 사이트와 같은 반경을 갖는 바탕용액 챔버를 더 구비하며, 바탕용액의 투광도가 100％(흡광도 0)가 되도록 분광 광도계를 조절(Calibration)한 다음 각 분석 사이트 내의 시료에 대한 흡광도를 측정한다. 바탕용액의 흡광도는 항시 "0"이므로 몸체 회전 동안 바탕용액 챔버를 식별할 수 있고, 이에 따라 바탕용액 챔버를 기준으로 분석 사이트의 공간 어드레싱이 가능하다.
본 발명에 있어서, 상기 버스트 밸브(155a,155b,155c,155d)는 같은 시점에 개방되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 버스트 밸브(156a,156b,156c,156d)는 같은 시점에 개방되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 버스트 밸브(155a,155b,155c,155d) 및 버스트 밸브(156a,156b,156c,156d)는 서로 다른 시점에 개방되는 것을 특징으로 한다.
도 26는 ELISA(Enzyme-Linked Immunosorbent Assays) 또는 CLISA(Chemical Luminescence Immunosorbent Assays) 검사를 위한 랩온어칩의 제반 공정이 배치된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 화학 분석 장치들을 도시한다.
효소의 작용으로 면역글로불린의 존재를 확인할 수 있는데 이러한 기술을 효소결합 면역흡수 분석법(ELISA)이라 하며 이는 당업자에게 공지기술이다. 이 면역 학적 검사방법은 항체분자에 효소를 공유결합으로 부착시켜 높은 특이성과 민감도를 가지기 때문에 정성 및 정량분석에 유리하며 임상적으로 널리 쓰이고 있다(0.001-0.01㎕/ml까지 측정가능). 이 기법은 효소의 촉매작용과 항체의 특이성에 변화를 주지 않고 효소를 공유 결합시킨 항체를 사용한다.
전형적인 결합효소로는 horseradish peroxidase(과산화효소), alkaline phosphatase, β-galactosidase를 사용하는데 이들 모두는 반응생성물이 색깔을 나타내어서 매우 적은 양으로도 측정될 수 있는 반응을 촉매한다.
ELISA에는 direct EISA, indirect ELISA, sandwich ELISA, competition ELISA 방법 등이 공지되어있다.
이하, 도면 7i를 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명에 있어서, ELISA(Enzyme-Linked Immunosorbent Assays) 또는 CLISA(Chemical Luminescence Immunosorbent Assays) 검사 방법에 의한 랩온어칩의 제반 공정이 배치된 박막 화학 분석 장치는, 프렙 챔버(130)에서 얻어진 시료와 특이적 생화학 결합반응을 수행하는 챔버로 상기 시료를 분석 및 진단 하기 위한 포획 프로브가 기질에 부착되어 있는 분석 사이트(132); 상기 특이적 생화학 결합 반응이 일어나지 않은 찌거기 내지는 결합되지 않고 떠도는 효소들을 모으기 위한 트레쉬(trash) 챔버(133); 항체 또는 DNA가 결합된 효소(secondary antibody, conjugate)를 저장하고 있는 효소 챔버(134a); 상기 시료를 희석시키기 위한 희석 용액(dilution buffer)을 저장 하거나 시료에 표지자(label)를 붙이기 위한 표지자를 저장하고 있는 희석 용액챔버(131a); 상기 효소와 반응하여 발색하는 기질용액(Chromogen, substrate)을 저장하 고 있는 기질 챔버(135a); 및 선택사항으로 정량을 초과하는 희석 용액을 저장하기 위한 잉여 챔버(131b)와 세정 공정에 필요한 세정액을 보관하는 세정 챔버(128a)를 구비한 것을 특징을 한다.
상기 잉여 챔버(131b)은 정량을 초과하는 잉여분(excess)의 희석 용액 내지는 표지자를 박막 화학 분석 장치의 회전 동안 원심력에 의해 정량 유로(94)을 통해 잉여챔버(131b)로 이동시키는 것을 특징으로 한다.
도면 부호 154 및 155은 박막 밸브고 도면 부호 151a, 152a, 153a, 154a 및 155a는 버스트 밸브이다. 도면 부호 128a, 131a, 134a 및 135a는 액체저장 챔버로 각각 세정 용액, 희석 용액, 효소 용액, 기질 용액을 저장하고 있다. 상기 액체저장 챔버(128a, 131a, 134a 및 135a) 내의 액체는 박막 화학 분석 장치(100) 동작시 버스트 밸브(151a, 152a, 153a, 154a 및 155a)에 개방에 의해 각각의 해당 챔버(128,131,134,135)로 이동하게 된다.
도 26를 참조하여 박막 화학 분석 장치를 이용한 ELISA 및 CLISA 분석 방법 상세히 설명하면,
(1) 박막 화학 분석 장치(100) 사용 전, 사용자는 채혈한 피(또는 검체)를 샘플 주입구(121)를 통해 프렙 챔버(130)에 주입하면, 상기 프렙 챔버(130)에 검체가 저장된다.
(2) 이후, 박막 화학 분석 장치를 상기 박막 화학 분석 장치 드라이브에 로딩하면, 박막 화학 분석 장치는 고속으로 회전되고 이때 원심분리에 의해 프렙 챔버(130) 내의 피를 혈청과 혈병으로 분리시키거나 검체로부터 시료를 분리시킨다. 원심분리 후 고속 회전에 의해 버스트 밸브(151a)를 개방시켜 보조 프렙 챔버(130a) 내로 분리된 시료들을 버퍼 챔버(131)로 이동시킨다. 또한, 이때 버스트 밸브(151a, 152a, 153a, 154a 및 155a)도 개방하여 상기 액체저장 챔버(128a, 131a, 134a 및 135a)내의 액체는 각각의 해당 챔버(128,131,134,135)로 이동시킨다. 상기 고속 회전 동안 상기 유로(7,8,9,10) 자체에 형성된 액체 밸브 기능에 의해 챔버(128,131,134,135)내의 용액이 분석 사이트(132)로 이동치 않고 각각의 챔버내에 억류된다.
(3) 선택사항으로, 버퍼 챔버(131)에서 시료와 희석 용액간의 혼합(mixing) 동작을 수행한다.
(4) 박막 밸브(152)를 개방하여 유로(7,291)을 통한 친수성 유체 이동에 의해 버퍼 챔버(131)내의 시료를 분석 사이트로 이동시킨 후, 특이적 생화학 결합반응을 위한 인큐베이션한다.
(5) 박막 화학 분석 장치(100)를 고속 회전하여 분석 사이트를 탈수 및 세정한다. 이 때 특이적 결합을 하지 않은 시료를 트레쉬챔버(133)로 이동시킨다.
(6) 박막 밸브(154)를 개방하여 유로(9,294)을 통한 친수성 유체 이동에 의해 챔버(134) 내의 효소용액을 분석 사이트로 이동시킨 후, 특이적 생화학 결합반응을 위한 인큐베이션한다.
(7) 박막 화학 분석 장치(100)를 고속 회전하여 분석 사이트를 탈수 및 세정한다. 이 때 특이적 결합을 하지 않은 효소를 트레쉬챔버(133)로 이동시킨다.
(8) 박막 밸브(155)를 개방하여 유로(10,295)을 통한 친수성 유체 이동에 의 해 챔버(135) 내의 기질용액을 분석 사이트로 이동시킨 후, 효소와의 발색반응을 위한 인큐베이션한다.
(9) 이후, 분석 사이트(132)의 반응 결과를 상기 광학 측정장치, 전기화학 측정장치, 임피던스 측정장치 또는 이미지 센서 장치 또는 바이오 피트(pit) 탐지장치 또는 형광탐지장치 또는 야광 탐지장치 또는 방사능 탐지장치(detector) 또는 분광 광도계 또는 SPR(Surface Plasmon Resonance) 탐지장치 또는 눈(eye)에 의해 판독한다.
(10) 이후, 선택사항으로 상기 판독 결과에 따른 진단 결과 와 처방이 컴퓨터 모니터 상에 표시되고, 자동 또는 수동으로 해당 전문의사 와 인터넷 망을 통해 원격 접속되고, 상기 진단 결과 데이터 및 문진표가 필요시 전문의사에게 원격 전송된다. 이후 환자는 전문의사의 처방을 기다린다.
도 28는 액체를 주입 및 저장하는 액체 저장 챔버의 제조 공정의 일 실시예를 도시한다.
도 28를 참조하면, 액체 저장 챔버(320)는 상부 기질(1)과 중간 기질(2)과 하부 기질(3)에 형성된 음각과 이들이 적층되어 구성된 것을 특징으로 한다.
제조 공정 중, 중간 기질(2)과 하부 기질(3)이 적층 조립된 상태에서 디스펜서(120)(dispenser, 액체 정량 토출기 샘플 주입 수단)에 의해 액체 저장 챔버(320)에 액체(350)가 정량 투입된다. 상기 액체 저장 챔버(320)은 액체 투입시 투입된 액체가 챔버(320)의 외곽에 가능한 몰리도록 챔버내에 높이의 변화를 주었다. 즉, 액체는 모세관 원리에 의해 챔버의 높이가 낮은 곳(챔버의 공간이 협소한 곳) 이 바람직하므로, 챔버 구멍(321) 주위의 챔버 높이(b)에 비해 챔버 구멍(321) 외곽의 높이(a)를 더 낮게 함으로서 액체가 챔버 구멍(321)에서 가능한 멀어지도록 하여 액체 투입 후 상부 기질(1)의 적층 조립이 용이케 하였다.
이러한 액체 저장 챔버는 별도의 액체 주입구가 없어 액체주입구를 통한 액체의 증발을 막을 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 액체저장 챔버는 챔버의 외곽의 높이를 챔버의 중앙부근 보다 작게 하여 액체가 챔버의 외곽에 몰리게 함과 동시에 액체 저장 챔버에 액체를 주입하기 위한 별도의 액체 주입구가 없는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 액체저장 챔버를 구성하는 상부 기질(1)과 아래기질(3) 자체에 어떠한 구멍(액체 주입구, 배기구)도 없는 것을 특징으로 한다.
일반적으로, 액체 저장 챔버에 액체를 주입하기 위해서는 액체주입구가 필요하며, 액체 주입 후 액체 저장 챔버의 액체주입구를 밀봉하나 밀봉의 불완벽성으로 인해 액체 증발의 문제를 안는다.
이 경우 액체 증발을 막으려면 COC(고리형 올레핀 고분자: Cyclic Olefin Copolymer)로 액체주입구를 밀봉해야 하나 이것은 제조 공정을 복잡하게 만든다.
도 29는 잔류 농약 검사를 위한 랩온어칩의 제반 공정이 배치된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 화학 분석 장치를 도시한다.
도 29을 참조하면, 도면 부호 101a는 샘플 멤브레인이고 101b는 컨트롤 멤브레인이다.
샘플 멤브레인(101a)은 검체로부터 얻어진 시료에 대한 분석을 하며, 컨트롤 멤브레인(101b)은 블랭크(blank) 테스트로 반응 강도의 영점기준을 잡기 위한 것이다. 이 영점을 기준으로 샘플 멤브레인의 반응 강도를 측정하게 된다.
챔버(191)와 챔버(194)의 고체 시약(1)과 고체 시약(2)이 각각 저장되어 있고, 액체저장챔챔버(180a,191a,194a)에는 증류수가 저장되어 있고, 액체저장챔챔버(192a)에는 인산완충용액이 저장되어 있다.
샘플 채취봉에 의해 야채 또는 과일로부터 검체를 샘플 주입구(121)를 통해 프렙 챔버(130)에 로딩(loading)한다.
이후 프렙 챔버(130)에 저장된 검체는 챔버(190)에 저장된 시료 추출액을 버스트 밸브(161a)의 개방에 의해 프렙 챔버로 이송하여, 상기의 혼합 동작에 의해 시료 추출액과 검체를 잘 혼합하여 준다. 이후 박막분석 장치(100)를 고속 회전시켜 시료를 찌거기와 분리한다.
원심분리 동안 버스트 밸브(162a,163a,164a)는 개방된다.
액체저장챔챔버(180a,191a,194a)에는 증류수가 저장되어 있어 상기 버스트 밸브(162a,163a,164a)의 개방에 의해 증류수가 챔버(180,191,194)로 이동되어, 챔버(191)와 챔버(194) 내의 고체 시약(1)과 고체 시약(2)과 혼합되어 이들을 용해시켜 각각 액체 시약(1)과 액체 시약(2)로 만든다. 이때 고체 시약(1)과 고체 시약(2)가 증류수에 의해 잘 용해되도록 상기의 혼합 동작을 수행한다.
또한, 액체저장챔챔버(192a)에는 인산완충용액이 저장되어 있어 원심분리 동안 버스트 밸브(165a)가 개방되어 인산완충용액이 챔버(192)로 이동된다.
원심분리 이후 박막 밸브(161)을 상기의 "펄스 밸브" 동작에 의해 시료 추출 액에 의해 추출된 시료를 챔버(191)로 이송 시킨다. 이송된 시료는 챔버(191) 내의 액체 시약(1)과 혼합되어 반응토록 혼합과 인큐베이션을 수행한다.
이후, 박막 밸브(164)을 개방하여 챔버(194)의 액체 시약(2)를 챔버(191) 내에 투입시켜 시료와 재차 혼합반응 시킨 후 인큐베이션한다.
이후, 박막 밸브(162)의 펄스밸브동작에 의해 인산완충용액이 들어있는 챔버(192)에 액체 시약(1)과 액체 시약(2)와의 반응을 모두 끝낸 시료를 이동시켜 인산완충용액과 혼합반응 후 회전하면서 인큐베이션한다. 박막분석 장치(100)의 회전 동안에는 액체 밸브(7) 때문에 시료가 분석 사이트(132)로 이동치 못한다.
이후, 박막분석 장치(100)이 정지하면, 시료가 친수성 유로(7,291a)을 통해 샘플 멤브레인(101a)에 투입되어 확산하여 샘플 멤브레인(101a) 상의 효소 또는 마커와 반응한다.
이와 동시에 박막 밸브(163)을 개방하면 친수성 코팅된 유로(8,291b)을 통해 챔버(180)에 저장된 증류수가 컨트롤 멤브레인(101b)에 투입되어 확산하여 컨트롤 멤브레인(101a) 상의 효소 또는 마커와 반응한다.
이후 선택사항으로 박막분석 장치를 고속 회전하여 탈수 건조 후 분석 사이트의 반응결과를 분석한다.
이후, 분석 사이트(132)의 반응 결과를 상기 광학 측정장치, 전기화학 측정장치, 임피던스 측정장치 또는 이미지 센서 장치 또는 바이오 피트(pit) 탐지장치 또는 형광탐지장치 또는 야광 탐지장치 또는 방사능 탐지장치(detector) 또는 분광 광도계 또는 SPR(Surface Plasmon Resonance) 탐지장치 또는 눈(eye)에 의해 판독 한다.
이후, 선택사항으로 상기 판독 결과에 따른 검사 결과가 컴퓨터 모니터 상에 표시되고, 자동 또는 수동으로 해당 관청 또는 식품업체의 서버에 인터넷 망을 통해 원격 접속되어, 이들 서버에 이력이 보고 되든지 무선 RF IC(전자 테그)의 메모리에 검사 결과 와 각종 검사 이력들이 저장된다.
해당 관청은 잔류농약현황을 파악할 수 있어 좋고, 식품업체는 깨끗한 농축산물의 구입처에 대한 정보를 얻을 수 있어 좋다. 또한 해당관청은 이들 정보를 웹에 올려 일반 소비자가 해당 농축산업체에서 직거래를 통해 깨끗한 농축산물을 구매할 수 있는 정보를 제공할 수 있는 이점이 있다.
상기 효소 내지 마커는 야채나 채소, 과일 중에 포함된 농약 중 사용량이 가장 많은 유기인계, 카바메이트계 살충제를 검사하기 위한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 효소는 아세틸콜린에스터라아제(AChE)인 것을 특징으로 한다.
도 30 및 도 31는 본 발명의 박막 화학 분석 장치의 고속 회전 동안 액체의 누출을 방지하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 밸브를 도시한다.
상기 액체 밸브는 박막 화학 분석 장치(100)의 고속 회전 동안, 상기 버퍼 챔버(131) 또는 세정 챔버(133)에 들어 있는 액체(liquid)가 박막 밸브(152,153)의 출구쪽에 설치된 "V" 또는 "U"자 모양의 유로(7,8)에 의해 형성되며, 다음 챔버(132)로 누출된 액체가 이동하는 것을 방지한다.
도 30 및 도 31는 "V" 또는 "U"자 모양의 유로(7)에 의해 구현된 액체 밸브 의 상세도면이다. "V" 또는 "U"자 모양의 유로(7)은 다시 액체 밸브(7a) 부분과 유로(7b) 부분으로 세분할 수 있다. 액체 밸브의 동작은 다음과 같다. 박막 화학 분석 장치(100)의 고속 회전시, 상기 버퍼 챔버(131)로부터 누출된 액체(liquid leaked out)는 액체 밸브(7a)를 먼저 채우게 된다. 일단 액체 밸브(7a)를 채우고 나면 액체 밸브(7a) 내에 들어있는 액체(liquid leaked out) 자체에 대해서 방사방향(radial direction)의 원심력이 작용해 더 이상 박막 밸브(152)로부터 액체가 누출되는 것을 방지한다. 오히려 누출된 액체(liquid leaked out)가 원심력에 의해 다시 버퍼 챔버(131) 내로 회수(withdrawal)된다.
즉, 박막 화학 분석 장치(100)의 고속회전시, 버퍼 챔버(131)로부터 액체가 일부 빠져나간 경우 그 액체 자체에 작용하는 원심력에 의해, 버퍼 챔버(131)로부터 더 누출되려는 힘과 이미 누출된 액체 자체에 작용하는 원심력간의 힘의 균형에 의해 더 이상의 액체 누출이 방지되는 것이다. 이러한 이미 누출된 액체(liquid leaked out)에 작용하는 원심력에 의해 액체의 누출을 방지하는 것을 본 발명에서는 "액체 밸브 동작"이라 칭한다.
본 발명의 박막 화학 분석 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 박막 밸브들의 출구에는 박막 화학 분석 장치의 고속회전 동안 액체의 누출(leakage)을 방지키 위한 액체 밸브를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 박막 화학 분석 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 액체 밸브는 "V" 또는 "U"자 모양의 유로 또는 "액체 밸브 동작"을 일으키는 유로에 의해 구현된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 액체 밸브(7a)은 박막 화학 분석 장치(100)의 회전 동안 펄스밸브 동작에 의해 프렙 챔버(130)로부터 버퍼 챔버(131)로 이송된 시료가 분석 사이트(132)로 이동하는 것을 방지하고, 박막분석 장치(100)의 회전 정지(stop)시 상기 버퍼 챔버(131)내의 시료가 친수성 유체 이동에 의해 상기 액체 밸브(7a)을 통과하여 분석 사이트(132)로 유입되는 것을 특징으로 한다. 상기 액체 밸브(7a)와 유로(7b)은 친수성 코팅된 것이 바람직하다.
도 32 내지 도 34는 상기 다공성 멤브레인 상에 다종의 종양 표지자(tumor marker)를 라인 또는 스팟 형태로 고정시킨 스트립(strip)의 여러 실시예들을 도시한다.
이하, 다종의 종양 표지자(tumor marker) 라인 또는 스팟을 테스트 라인(test line)이라 칭한다. 도면 부호 41a는 콘쥬게이트 패드(conjugate pad) 또는 샘플 패드(sample pad) 또는 샘플 패드와 콘쥬게이트 패드(conjugate pad)이고, 도면 부호 41b는 흡수 패드(absorbent pad)이다. 도면 부호 41c는 다공성 멤브레인(membrane)이다. 상기 콘쥬게이트 패드에는 금 콘쥬게이트(gold conjugate) 또는 효소 연결된 항체(enzyme linked antibody) 또는 야광 물질 또는 형광물질 같은 표지자(label)가 패드 상에 냉동 건조된 형태로 침착된 것이 바람직하다.
상기 캡쳐 항체는 종양 표지자(tumor marker)을 고정시키는 것이 바람직하다.
상기 종양 표지자(tumor marker)는 AFP, PSA, CEA, CA19-9, CA125 및 A15-3에서 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 캡쳐 항체는 알츠하이머(Alzheimer) 질환의 특이 마커인 GS(Glutamine Synthetase)을 고정시키는 것이 바람직하다.
상기 캡쳐 항체는 심근 경색 표지 인자인 미오글로빈(Myoglobin), CK-MB, 트로포닌 I(Troponin I)(Tnl)을 고정시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 AIDS, 심근경색, 잔류항생제, 잔류 농약, 알레르기 및 유방암 검사 등을 위한 하나 이상의 표지자 내지 포획 프로브를 상기 다공성 멤브레인(41c) 상에 고정시킨 후, 면역크로마토 그라피법에 의해 반응 검사를 하는 것을 특징으로 한다.
상기 면역크로마토그라피법은 면역화학적 방법(Immunochemistry)과 크로마토그라피법(Chromatogrphic Assay)를 결합한 검사 방법으로 항원에 대한 항체의 특이적인 면역적 반응성과 금 입자(Colloidal gold)의 발색 특성 및 유동성, 다공성 멤브레인(Porous membrane)의 모세관 현상에 의한 분자의 이동을 응용한 검사 방법이다. 면역크로마토그라피법은 기존의 다중 단계의(multi-step) 면역측정법에서 볼 수 있는 검체 희석, 세정 및 효소 결합체와 기질의 반응을 통한 발색 과정을 하나로 통합하여 한 단계(One-Step)로 신속하게 검사할 수 있는 편리성이 있다. 또한, 검사 결과를 특정한 장비를 사용하지 않고 판정할 수 있는 용이성 및 경제성, 검사결과 판독의 신속성의 장점이 있다.
상기 캡쳐 항체는 종양 표지자(tumor marker) 외에 기준 라인(reference line)과 컨트롤 라인(control line)을 위한 항체를 더 고정시키는 것을 특징으로 한다. 기준 라인은 복수 개일 수 있다.
상기 기준 라인(reference line)의 반응 농도는 음성 또는 양성 반응의 반별을 용이케 하기 위해 기준치(cutoff value)로 잡는 것을 특징으로 한다.
상기 기준 라인의 기준치는 3ng/ml, 4ng/ml, 10ng/ml, 20ng/ml, 30ng/ml, 40ng/ml 및 50ng/ml 중 선택된 것을 특징으로 한다.
기준 라인과 테스트 라인간의 반응 강도(reaction intensity)의 차(difference)에 의해 정성 또는 정량 분석하는 것을 특징으로 한다.
백그라운드와 테스트 라인간의 반응 강도(reaction intensity)의 차(difference)에 의해 정성 또는 정량 분석하는 것을 특징으로 한다.
복수개의 기준 라인에 의해 형성된 반응 강도에 대한 선형 함수(linear function)에 의해 테스트 라인의 반응 강도(reaction intensity)를 결정하여 정성 또는 정량 분석하는 것을 특징으로 한다.
기준 라인과 컨트롤 라인에 의해 형성된 반응 강도에 대한 선형 함수(linear function)에 의해 테스트 라인의 반응 강도(reaction intensity)를 결정하여 정성 또는 정량 분석하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 반응 강도는 다양한 파장(wavelength)의 LED 조명하에서 반응 강도가 칼라 강도(color intensity)에 의해 표현된 이미지 정보에 얻는 것이 선호되며, 이들 다양한 파장과 칼라 강도간의 2차원적 함수 관계에 의해 분석 사이트(132)의 반응 결과를 정량 또는 정성 분석을 분석하는 것을 특징으로 한다.
상기 기준 라인(reference line)은 흡수 패드(41b)까지 시료가 확산한 경우 양성 반응을 나타내며, 스트립을 사용한 테스트의 유효성 판별을 위해 사용한다. 기준 라인(reference line)이 양성일 때만 테스트 결과는 유효하다.
상기 다공성 멤브레인(41c)는 관통 유동(flow through) 또는 측방 유동(lateral flow) 방식의 다공성 멤브레인(41c)이 사용될 수 있으며 이는 당해업자들이 기 생산하고 있어 구입이 용이하다. 상기 샘플패드(41a)에는 시료 또는 세정 용액이 투입될 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 관통 유동(flow through) 방식의 다공성 멤브레인의 경우는 상기 다공성 멤브레인(41c) 상에 다종의 종양 표지자(tumor marker) 또는 질병 마커 또는 항체를 스팟 형태로 고정시킨 스트립이 바람직하다.
샘플패드(41a)에 시료가 투입된 경우, 샘플패드(41a)에 의해 흡수된 시료는 다공성 멤브레인(41c) 상을 모세관 현상에 의해 확산 이동하면서 캡쳐 항체와 생화학적 특이적 결합(specific binding)하게 된다. 상기 다공성 멤브레인(41c)의 말단부에는 상기 확산 이동을 지원하기 위한 흡수패드(41b)가 설치된다. 또한, 본 발명에서는 선택사항으로 샘플패드에는 콘쥬게이트 패드가 연결될 수 있으며, 이 경우 샘플패드로 유입된 액체시료가 콘쥬게이트 패드상의 골드 콘쥬게이트 또는 효소 연결된 항체(enzyme linked antibody) 또는 야광물질 또는 형광물질과 결합하여 복합체를 이룬 후 다공성 멤브레인(41c) 상을 확산 이동하는 것을 특징으로 한다.
샘플패드(41a)에 세정액이 투입된 경우, 샘플패드(41a)에 의해 흡수된 세정액은 다공성 멤브레인(41c) 상을 모세관 현상에 의해 확산 이동하면서 캡쳐 항체와 결합하지 않거나 비특이적 결합(non-specific binding)한 물질들을 세정하여 다공성 멤브레인(41c)의 배경 노이즈(background noise)을 제거한다.
본 발명에 있어서, 상기 도 18 내지 7 f의 분석 사이트(132) 내에 상기 스트립(41)을 유로(291)와 샘플패드(41a) 부분을 연결설치 하는 것이 바람직하다.
도 34를 참조하면, 상기 분석 사이트(132) 내의 스트립(41)을 박막 분석 장치(100)의 하단에 설치된 상기 이미지 센서 장치(144)에 분석하고자 할 때 테스트 라인 및 기준 라인, 컨트롤 라인의 위치를 이미지 센서 장치가 쉽게 파악할 수 있도록 안내 라인(46a, 46b)을 표시되어 있다. 안내 라인은 다공성 멤브레인(41c)의 외곽에 해당하는 부분을 굵은 테두리선(46a)를 사용하거나 상기 테스트 라인, 기준라인, 컨트롤 라인에 대응하는 위치에 마커 위치 라인(46b)을 박막 분석 장치(100)의 하부 기질(3) 상에 표시함으로써 이루어진다.
반응 완료 후, 이미지 센서(144)는 먼저 테두리 라인(46a)을 이용하여 멤브레인(41c) 부분만 따라 잘라내어 콘트라스트 및 조도를 최적화할 것이다. 이후, 다공성 멤브레인(41c) 상의 가장 처음에 있는 기준 라인을 찾으려 할 것이다. 이것은 굵은 테두리선(46a)을 이용해서 찾을 수도 있고 마커위치라인(46b)을 이용해 찾을 수도 있고, 또는 이들을 조합 응용하여 찾을 수도 있다. 상기 안내 라인은 붉은색 또는 검정색 또는 보라색 또는 파란색이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 이미지 센서장치(144)에 의한 분석 사이트(132) 분석시 조명에 의한 빛을 산란과 기스에 의한 노이즈를 억제키 위해 조명이 상부 기질(1) 위에서 조사되는 경우 상부 기질(1)을 불투명처리 하는 것을 특징으로 한다. 투명도는 20∼50％인 것이 바람직하다.
도 35는 도 32 내지 도 34의 스트립(41)을 박막 화학 분석 장치(100)의 분석 사이트(132) 내에 설치한 실시예를 도시한다.
도 35를 참조하면, 박막 화학 분석 장치(100)는 피 또는 세포로부터 시료(혈청(serum) 또는 혈장 샘플 또는 항원 또는 DNA 샘플)를 준비하기 위한 프렙 챔버(Preparation chamber)(130); 상기 시료를 희석 용액에 의해 희석(dilution) 시키기 위한 버퍼 챔버(Buffer chamber)(131); 상기 시료와 항원-항체반응 또는 혼성화 반응을 하기 위한 포획 프로브가 테스트 라인 형태로 부착(고정)되어 있는 스트립(41)을 내장한 분석 사이트(132); 세정 공정에 필요한 세정액을 보관하는 세정 챔버(128); 세정 공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버(Trash chamber)(133)로 구성된 것을 특징으로 한다.
도면 부호 151, 152 및 153는 유체 흐름을 제어하기 위한 박막 밸브이다.
도면 부호 7 및 8은 액체 밸브를 유로 내에 형성되도록 한 유로다. 상기 버퍼 챔버(131)와 세정 챔버(128)에는 공장에서 출하되기 전에 각각 희석 용액과 세정 용액을 상기 시약 주입구(18b,18c)를 통해 주입하여 밀봉하거나 상기 도 18에서와 같이 챔버(131a,128a) 및 버스트 밸브(152a,153a)를 더 구비하여 버스트 밸브 개방시 버퍼 챔버(131)와 세정 챔버(128)에 각각 희석 용액과 세정 용액을 투입하도록 할 수 있다.
도 35의 박막 화학 분석 장치를 사용한 동작 실시예는 다음과 같다. 도 35에서 박막 밸브(152)는 선택사항이다. 또한 상기 잉여챔버(129)를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 분석 사이트(132) 내에 복수개의 스트 립(41)이 병렬로 설치되어 단일 샘플에 대한 다종 스트립 검사가 가능한 것을 특징으로 한다.
(1) 박막 화학 분석 장치(100) 사용 전, 사용자는 채혈기구를 사용하여 채혈한 피를 샘플 주입구(121)를 통해 피를 주입하면, 상기 프렙 챔버(130)에 피가 저장된다.
(2) 이후, 박막 화학 분석 장치를 상기 박막 화학 분석 장치 드라이브에 로딩하여 박막 화학 분석 장치를 고속으로 회전시켜 원심분리를 통해 프렙 챔버(130)내의 피를 혈청(또는 혈장)과 혈병으로 분리시킨다.
(3) 상기 펄스밸브 동작에 의해 박막 밸브(151)를 열어 분리된 혈청(또는 혈장)을 상기 버퍼 챔버(131)로 이동시킨다. 선택사항으로, 버퍼 챔버(131) 내의 희석 용액과 혼합(mixing)하여 혈청(또는 혈장)을 희석 시킬 수 있다.
(4) (a) 박막 밸브(152)가 사용된 경우: 박막 화학 분석 장치의 정지 상태에서, 박막 밸브(152)를 개방하여 유로(7)을 통해 버퍼 챔버(131)에 저장되어 있는 혈청(또는 혈장)을 친수성 유체 이동시킨다. 이후, 유로(7)의 끝부분(스트립(41)의 샘플패드(41a)부분)에 혈청(또는 혈장)이 도달하면 샘플패드(41a)에 의해 흡수된다. 선택사항으로, 상기 박막 밸브(152)에 의한 "펌핑 유체 이동"에 의해 상기 샘플 패드(41a)에 혈청(또는 혈장)의 도달을 촉진시킬 수 있다.
(b) 박막 밸브(152)가 사용되지 않은 경우: 상기 (3) 단계에서 박막 화학 분석 장치가 회전 중 유로(7)의 액체 밸브 동작에 의해 버퍼 챔버(131)에 저장되어 있는 혈청(또는 혈장)이 분석 사이트(132) 쪽으로 이동하지 못하고 있다가 박막 화 학 분석 장치가 정지하면, 상기 유로(7)을 통해 버퍼 챔버(131)에 저장되어 있는 혈청(또는 혈장)이 친수성 유체 이동되어, 유로(7)의 끝부분에 혈청(또는 혈장)이 도달하면 샘플패드(41a)에 의해 흡수된다.
(5) 샘플패드에 의해 흡수된 혈청(혈장)은, 이후 다공성 멤브레인(41c)의 다공성 특성 때문에 모세관 현상에 의해 확산(diffusion)되고, 혈청 내의 항원은 확산 과정 동안 다공성 멤브레인(41c)상의 포획 프로브와 특이적 결합(specific binding) 반응(항원-항체반응)을 하게 된다.
(6) 일정 시간 경과 후, 박막 화학 분석 장치를 고속 회전시켜 스트립(41)을 탈수 및 건조시킨다. 상기 탈수과정 중 비특이적 결합을 하는 항원은 항체로부터 이탈되어 트레쉬 챔버(133)로 이동하게 된다.
(7) 이후, 박막 밸브(153)를 개방하여, 유로(8)을 통해 세정 챔버(128)에 저장되어 있는 세정액을 친수성 유체 이동 시킨다.
(8) 이후, 상기 유로(8)의 끝부분(스트립(41)의 샘플패드(41a))까지 세정액이 도달하면 샘플패드(41a)에 의해 흡수된다. 선택사항으로, 상기 박막 밸브(153)에 의한 "펌핑 유체 이동"에 의해 상기 샘플 패드(41a) 부분에 세정액의 도달(arrival)을 촉진시킬 수 있다. 상기 (6) 단계에서 스트립(41)을 건조시켰기 때문에 스트립의 흡수능력이 다시 복원되었다.
(9) 샘플패드(41a)에 흡수된 세정액은 스트립(41)의 다공성 특성 때문에 모세관 현상에 의해 확산(diffusion)되고, 확산 과정 동안 스트립(41) 상의 비특이적 결합(non-specific binding) 반응 또는 결합하고 있지 않은 성분들을 세정 제거한 다.
(10) 이후, 박막 화학 분석 장치를 고속 회전시켜 스트립(41)을 탈수 및 건조시킨다.
(11) 이후 스트립(41) 상의 반응 결과를 상기 광학 측정장치, 전기화학 측정장치, 임피던스 측정장치 또는 이미지 센서 장치 또는 바이오 피트(pit) 탐지장치 또는 야광 탐지장치 또는 형광탐지장치 또는 방사능 탐지장치(detector) 또는 분광 광도계 또는 SPR(Surface Plasmon Resonance) 탐지장치 또는 눈(eye)에 의해 판독한다.
(12) 이후, 선택사항으로 상기 판독 결과에 따른 진단 결과 와 처방이 컴퓨터 모니터 상에 표시되고, 자동 또는 수동으로 해당 전문의사 와 인터넷 망을 통해 원격 접속되고, 상기 진단 결과 및 신장, 체중, 성별, 연령 등이 포함된 문진표가 필요시 전문의사에게 원격 전송된다. 이후 환자는 전문의사의 처방을 기다린다.
선택사항으로, 상기 (4)∼(6) 단계 또는 (4)∼(10) 단계를 반복하면서 스트립(41) 상의 반응 결과를 상기 광학 측정장치, 전기 화학 측정장치, 임피던스 측정장치 또는 이미지 센서 장치 또는 바이오 피트(pit) 탐지장치 또는 야광탐지 장치 또는 형광탐지장치 또는 방사능 탐지장치(detector) 또는 분광 광도계 또는 SPR(Surface Plasmon Resonance) 탐지장치에 의해 판독하여, 반복(사이클) 횟수에 따른 반응 결과를 정량분석(quantitative analysis)한다. 본 발명에서는 상기 정량분석은 사이클 마다의 반응 결과의 발색 강도의 증가 추이를 보는 것이 바람직하다.
또한, 선택사항으로, 상기 실시예의 희석 용액은 표지자(label)를 포함한 용액일 수 있다.
또한, 선택사항으로, 상기 실시예에서 샘플패드(41a)는 콜드 콘쥬게이트 패드(gold conjugate pad)가 결합된 형태일수 있다.
다시 도 35를 참조하면, 도면 부호 47a와 47b는 분석 사이트(132) 내의 양단에 설치된 공기 구멍으로 박막 화학 분석 장치의 고속 회전시 공기 흐름(air stream)을 형성하여 상기 스트립(41)의 건조를 빠르게 하여 준다. 세공 공정 전에 상기 스트립(41)을 건조 시켜 세정 공정 동안 세정액이 스트립(strip) 상을 잘 확산(diffusion)되도록 하여 확산력(diffusion force)에 의해 백그라운드 노이즈(background noise)성분을 세정토록 한다.
도 35에 있어서, 분석 사이트(132)에는 스트립(41) 대신 바이오 물질이 링크(link)될 수 있는 금 표면(gold surface) 또는 금 필름(gold film) 또는 SAM(self Assembly Monolayer) 또는 다양한 기질(substrate) 상에 포획 프로브가 고정된 어세이 사이트가 적용될 수 있으며, 이에 대한 다양한 실시예는 국내 출원 "핵산 및 올리고뉴클레오티드의 상보적 이중결합의 특정 서열에 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치"(2001.01.27.: 10-2001-0003956) 및 PCT 출원 "핵산 및 올리고뉴클레오티드의 상보적 이중가닥 또는 단일가닥에 특이적으로 반응하는 절단 기법을 이용한 핵산 혼성분석 방법 및 장치"(2002.01.27.: PCT/KR02/00126)에 잘 예시되어 있다.
또한, 분석 사이트는 스트립 대신 액체시료의 확산(diffusion) 이동을 유도 키 위해 마이크로포어 또는 groove(pit)가 설치될 수 있다.
또 다른 박막 화학 분석 장치의 동작 실시예는 도 35의 실시예에 있어서, 세정 챔버(128), 박막 밸브(153) 및 유로(8)은 사용치 않고, 상기 (1)∼(6) 단계를 포함하는 박막 화학 분석 방법을 제공한다.
상기 도 18 내지 도 22에 대한 각각의 공정(프렙 공정, 증폭 공정, 항원-항체 반응 공정, 혼성화 공정, 세정 공정)의 일 실시예는 다음과 같다.
항원 또는 혈청(혈장)을 준비하기 위한 프렙 공정
상기 프렙 챔버(130)에서 피로부터 혈청을 추출하기 위한 챔버로 혈청을 준비하기 위한 프렙 공정의 일실시예는 다음과 같다.
(1) 혈액 10∼200 ㎕을 상기 프렙 챔버(130)에 설치된 샘플 주입구(121)를 통해 주입한다. 선택사항으로 상기 프렙 챔버(130)에는 항응고제(anticogent)가 헤파린(heparin)으로 얇은 막을 프렙 챔버(130)에 입힘으로써 액상 또는 분말 상태로 들어 있을 수 있다.
(2) 박막 화학 분석 장치를 고속 회전시키면서 혈청과 혈병을 분리한다.
(3) 박막 밸브(151)를 펄스밸브동작에 의해 개방하고 상기 프렙 챔버(130)에서 분리된 혈청(혈장)을 버퍼 챔버(131) 내의 희석 용액 또는 표지자와 혼합하여 시료를 준비한다. 상기 박막 밸브(151)의 펄스밸브동작에 의한 개방은 박막 화학 분석 장치의 중심으로부터의 거리 R1에 상기 영구 자석(5a)을 이동시킴으로써 이루어진다.
DNA 샘플 준비를 위한 프렙 공정
상기 프렙 챔버(130)에서 피로부터 DNA 샘플을 추출하기 위한 프렙 공정의 일실시예는 다음과 같다.
(1) 혈액 10∼200 ㎕을 상기 프렙 챔버(130)에 설치된 샘플 주입구(121)를 통해 주입한다.
(2) 용해 버퍼(Lysis buffer) 용액에 의해 지질을 포함한 세포의 막 성분이 파괴되고 단백질과 핵산이 용해시킨다.
(3) 여기에, 에틸 알코올(에탄올)을 가하면 DNA와 RNA가 하얀 색 모양의 침전물이 되어 다시 추출된다.
(4) 에탄올에 의해 침전된 DNA를 얻기 위해 원심분리를 해주면 프렙 챔버(130)의 끝에 DNA가 모이고 프렙 챔버(130)의 상층액을 트레쉬 챔버(133)로 흘려 보냄으로써 세포 잔해(cell debris)를 분리 제거한다.
(5) 이후, 프렙 챔버(130)에 희석 버퍼(dilution buffer)를 투입하여 DNA와 혼합한 후 DNA의 전체 부피를 증가시킨 후, 상기 (5) 과정을 3회 정도 반복한다.
(6) 박막 밸브(151)를 펄스밸브동작에 의해 개방하고 상기 프렙 챔버(130)에서 준비된 DNA을 버퍼 챔버(131)내의 희석 용액 또는 표지자와 혼합하여 시료를 준비한다. 상기 박막 밸브(151)의 펄스밸브동작에 의한 개방은 박막 화학 분석 장치의 중심으로부터의 거리 R1에 상기 영구 자석(5a)을 이동시킴으로써 이루어진다.
(7) 이후, 선택사항으로 PCR 공정 또는 DNA 증폭 공정에 의해 증폭된 DNA 샘플(이하 시료)을 준비한다.
항원-항체 반응 공정 및 혼성화 공정
이 공정은 상기 프렙 공정을 통해 얻어진 버퍼 챔버(131)내에 저장된 시료(DNA 샘플 또는 항원 또는 "라벨-항원의 결합체" 또는 "라벨-DNA의 결합체")를, 분석 사이트(132)로 이동시켜 분석 사이트상의 포획 프로브와 생화학적 특이적 결합 반응을 하는 공정으로 일실시예는 다음과 같다.
(1) 버퍼 챔버(131) 내의 시료를 박막 밸브(152)의 개방 또는 친수성 유체 이동에 의해 상기 분석 사이트(132) 내로 이동시킨다.
(2) 박막 화학 분석 장치를 실온에서 3-5분간 정체 상태로 배양을 하여 상기 시료와 캡쳐 항체간에 항원-항체 반응 또는 혼성화 반응이 일어나도록 한다.
세정 공정
(1) 박막 화학 분석 장치를 고속회전 시켜, 포획 프로브와 비특이적 결합 또는 결합하지 않은 시료를 원심분리에 의해 제거한다.
(2) 선택사항으로, 박막 밸브(153)를 개방하여 세정 챔버(128)의 세정 용액 또는 용출 버퍼(elution buffer)를 분석 사이트(132)로 이동시켜 분석 사이트(132)를 세정한다.
(3) 선택사항으로, 상기 (1)과 (2) 단계를 반복한다.
박막 화학 분석 장치(100)가 상기 박막 화학 분석 장치 드라이브(100a)에 로딩이 되면 자동으로 분석을 시작한다.
그러나, 샘플 주입구(121)를 통해 샘플이 주입 안된 채, 로딩된 경우는 다시 이젝트(eject) 및/또는 경고 메시지를 사용자에게 보낸다.
상기 샘플 주입 여부는 상기 프렙 챔버(130) 내에 임피던스 측정장치 또는 이미지 센서 장치 또는 광 투과율 측정장치 중 선택된 샘플 주입 체크 수단을 더 구비함으로써 확인 가능하다. 즉, 샘플 주입이 된 경우와 안된 경우는 프렙 챔버의 임피던스 특성 또는 광 투과율 또는 프렙 챔버의 색깔이 서로 다르므로, 샘플 주입 여부를 알 수 있다.
상기 샘플 주입 체크 수단에 의한 샘플, 예컨대 피의 주입 여부 판별은 샘플 주입 후, 박막 화학 분석 장치를 서행 회전시켜 프렙 챔버(130)에 주입된 샘플을 프렙 챔버(130)의 원주 방향으로 다져 넣은(packing) 후, 상기 샘플 주입 체크 수단에 의해 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 박막 화학 분석 장치 드라이브 장치는 박막 화학 분석 장치 드라이브에 통상의 광학디스크(CD 및 DVD) 또는 인식 불가한 박막 화학 분석 장치 로딩시 이젝트(eject)하든지 경고 메시지를 사용자에게 보내는 것을 특징으로 한다.
만약 박막 화학 분석 장치(100)에 의한 샘플의 진단 또는 분석 중, 사용자에 의한 박막 화학 분석 장치 드라이브로부터 박막 화학 분석 장치의 eject(un-loading) 또는 stop 요구시, 박막 화학 분석 장치 드라이브는 이를 무시한 채 분석 및 진단을 계속 진행한다. 이때 경고 메시지(warning message)를 사용자에게 알려주든가 패스워드를 요구한다.
패스워드가 맞는 경우 사용자의 eject(un-loading) 또는 stop 요구를 받아들인다.
진단 및 분석 완료시에는 사용자의 eject 요구를 받아들여 박막 화학 분석 장치 드라이브로부터 박막 화학 분석 장치를 빼낼 수 있도록 한다.
또한 상기 무선 RF IC(188)의 메모리에는 몇 번 사용했던 박막 화학 분석 장치 인지에 대한 정보 또는 유효기간 정보 또는 진단하고자 하는 질병 종류가 저장되어 있다.
즉, 1회용 박막 화학 분석 장치를 사용 중 또는 완료시 eject 했을 때, 상기 무선 RF IC(188)의 메모리에 그것에 대한 이력(history)을 기록 하여, 추후 재 로딩(loading)하였을 때 진단 불가용 박막 화학 분석 장치임을 사용자에게 알려 준다.
또한, 상기 바코드 패턴은 박막 화학 분석 장치의 고유ID(identification) 정보 또는 유효기간 정보 또는 진단하고자 하는 질병 종류가 저장되어 있다.
상기 유효 기간 정보에 의해 유효기간이 지난 박막 화학 분석 장치에 대해서도 진단 불가용 박막 화학 분석 장치임을 사용자에게 알려 준다.
도 36는 본 발명에 따른 박막 화학 분석 장치를 프런트 로딩(front loading) 또는 탑 로딩(top loading)할 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 화학 분석 장치 드라이브를 도시한다.
상기 박막 화학 분석 장치 드라이브에 박막 화학 분석 장치(100)가 로딩된다. 도면 부호 751은 상기 박막 화학 분석 장치 드라이브의 케이스이고, 750a는 상기 박막 화학 분석 장치(100)를 프런트(front) 로딩하기 위한 트레이(tray)이다. 또한, 750b는 탑 로딩하기 위한 커버(두껑)으로 커버를 열고 턴테이블에 박막 화학 분석 장치의 공극(170)을 맞추어 끼우면 된다. 로딩 방식에 따라 750a 또는 750b 중 하나가 선택된다. 또한, 본 발명의 박막 화학 분석 장치 드라이브는 선택사항으 로 통상의 광 디스크 재생을 위한 재생 및 탐색버튼(745), 정지버튼(746)을 갖는다. 도면 부호 744는 박막 화학 분석 장치드라이브의 전원 온오프 버튼이다.
도면 부호 760은 박막 화학 분석 장치 드라이브의 진행 상태 및 모드(mode)를 표시해 주는 표시 장치로 발광다이오드 또는 LCD 장치가 사용될 수 있다.
상기 표시장치(760)는 현재 로딩된 된 디스크가 박막 화학 분석 장치 인지 광 디스크인지를 표시하거나 분석 결과를 표시해주거나 박막 화학 분석 장치 드라이브의 주요 공정에 따른 진행 상태를 표시해 준다.
상기 주요 공정(프렙 공정, 증폭 공정, 혼성화 공정 및 항원-항체 반응) 및 단계에 따른 진행률을 퍼센트(％) 또는 막대 그래프(bar graph)형식으로 표시해 줄 수 있다.
다른 방식으로, 상기 표시장치(760)는 그래픽 사용자 인터페이스(Graphic User Interface) 및 상기 주요 공정(프렙 공정, 증폭 공정, 혼성화 공정 및 항원-항체 반응) 및 단계에 따른 진행률을 퍼센트(％) 또는 막대 그래프(bar graph), 파이 그라프(pie graph) 형식으로 표시해 줄 수 있다.
도면 부호 111은 상기의 입출력장치로 이를 통해 자동 또는 수동으로 해당 전문의사와 인터넷 망을 통해 원격 접속되고, 상기 진단 결과 및 문진표가 필요시 전문의사에게 원격 전송된다. 이후 환자는 전문의사의 처방을 기다린다. 도 36의 박막 화학 분석 장치 드라이브에는 스피커, 동영상 카메라 및 마이크가 더 구비될 수 있다.
일반적으로 진행 암이 아니면 종양 표지자(tumor marker)의 혈중 농도가 증 가하지 않으며, 보통 조기 암의 경우에 혈중 종양 표지자는 정상범위 내의 값이며, 암이 진행됨에 따라 혈중 농도가 증가해 양성율도 높아진다. 본 발명에서는 이러한 점을 착안하여 바람직하게는 분석 사이트의 정량 분석에 의한 판독 결과를 이력 관리하는 통계 소프트웨어를 구비하여 정기적 추적 진단에 대한 정보를 사용자에게 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 박막 화학 분석 장치 드라이브는 상기 반응 결과를 판독 분석하여 음성, 양성 또는 위험군 여부 또는 수치를 계산하기 위한 소프트웨어를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 박막 화학 분석 장치 드라이브는 박막 분석 장치의 사이드 로딩(side loading) 또는 수직 로딩(vertical loading)을 허용하는 것을 특징으로 한다.
도 37는 도 36의 박막 화학 분석 장치 드라이브가 탑재된 본 발명의 일 실시예에 따른 런닝 머신(왼쪽 그림) 및 체지방측정장치(오른쪽 그림)를 도시한다.
도 37을 참조하면, 런닝머신 또는 체지방측정장치에 상기 박막 화학 분석 장치드라이브를 탑재함으로써 체지방뿐만 아니라 각종 생화학 혈액 분석 및 진단을 할 수 있다. 도면 부호 760은 표시장치이고, 761은 텐키(ten key)를 구비한 신장, 체중, 성별 및 연령 등의 피측정자의 정보를 입력하기 위한 키보드(key board)이다. 도면 부호 750a은 상기 박막 화학 분석 장치(100)를 프런트(front) 로딩하기 위한 트레이(tray)이다. 또한, 750b는 탑 로딩하기 위한 커버이다.
도면 부호 744a 및 744b는 사람의 체지방을 측정키 위한 전극 또는 혈압 및 맥박을 측정하기 위한 압력 센서이다. 도면 부호 111은 상기 입출력장치를 위한 인터페이스 부분으로 USB(Universal Serial Bus) 또는 IEEE1394 또는 인터넷 통신망의 통신 규격을 갖는 것을 특징으로 한다.
도 38은 도 36의 박막 화학 분석 장치 드라이브가 탑재된 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 로보트 또는 로보트 마네킹을 도시한다.
도면 부호 760은 표시장치이고, 112는 무선 입출력 장치, 113은 스피커이고, 115는 동영상 카메라이다. 바이오 로보트의 손가락에는 채혈을 위한 란셋장치(114) 탑재되어 있으며, 바이오 로보트는 채혈된 피를 상기 박막 화학 분석 장치의 주입구(121)에 피를 주입한 후 박막 화학 분석 장치드라이브(100a)에 박막 화학 분석 장치를 로딩하여 생화학 혈액 분석을 시작하게 된다. 도면 부호 762는 마이크이고 761은 텐키(ten key)를 구비한 키보드(key board)이다. 상기 키보드는 트레이(tray) 상에 탑재된 것으로 바이오 로보트의 배(belly) 안에 격납된다. 키보드 트레이 인출 버튼(761a)에 의해 키보드는 트레이(tray) 상에 탑재되어 인출되거나 다시 배 안으로 격납된다.
도면 부호 111은 상기 유선 입출력장치를 위한 인터페이스 부분으로 상기 유선 및 무선 입출력장치는 USB(Universal Serial Bus) 또는 IEEE1394 또는 인터넷 통신망의 통신 규격 또는 무선 이동전화기의 통신규격을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바이오 로보트의 양쪽 팔의 손가락 또는 손바닥에는 사람의 체지방을 측정키 위한 전극 또는 혈압 및 맥박을 측정하기 위한 압력센서가 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
상기 체지방을 위한 전극은 사람의 양손과의 접촉에 의해 생체 전기저항분석법(Bio electrical Impedance Analysis, BIA)를 이용하여 피측정자의 인체 특정 일부분에 함유된 체지방을 측정하는 것이 바람직하다.
또한, 박막 화학 분석 장치는 자판기(vending machine)와 결합되어 사용될 수 있다. 자판기(vending machine)에는 박막 화학 분석 장치를 구입하기 위한 질병 종류에 따른 메뉴 버튼과 동전(지폐) 투입구가 준비되어 있고, 대금 지불 후 배출구로부터 출력된 박막 화학 분석 장치에 사용자가 직접 검체를 로딩하든지 손가락을 자판기 상의 채혈 구멍에 집어 넣으면 자판기 내에 내장된 란셋 장치에 의해 자동 채혈되어 진단이 시작된다. 한편, 박막 화학 분석 장치에 사용자가 직접 검체를 로딩한 경우 자판기의 슬롯(slot)에 박막 화학 분석 장치를 다시 삽입하면, 자판기에 내장된 박막 화학 분석 장치 드라이브에 의해 일정기간 후 진단 결과가 사용자에게 출력 통보된다. 자판기 내에는 박막 화학 분석 장치가 트레이에 적층되어 적재되어 있어서, 사용자의 대금지불완료 신호에 의해 배출구를 통해 박막 화학 분석 장치가 출력될 수 있다.
도 39은 출구에 마이크로포어를 갖는 필터가 설치된 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 밸브를 도시한다.
도 39을 참조하면, 박막 밸브(151)의 출구에 마이크로포어를 갖는 필터(67)를 설치하여, 박막 밸브(151)의 펄스밸브동작에 의해 개방될 때마다 프렙 챔버(130)의 검체가 원심력에 의해 필터를 통과하여 버퍼 챔버(131)로 분리된 시료가 이동되는 일실시예를 보이며, 본 발명에서는 이러한 동작을 "펄스 필터 동작"이라 칭한다. 상기 "펄스 필터 동작"은 특히 점도(viscosity)을 갖는 검체(예컨대, 혈액)로부터 혈청 내지 혈장을 분리할 때 유리하다. 원심력에 의해 끈적끈적한 검체를 강제로 필터를 통과시킴으로 빠른 시간 내에 시료를 분리해 낼 수 있는 장점이 있다. 상기 "펄스 필터 동작"은 원심분리과정에 의해 혈청이 어느 정도 분리된 후에 수행해도 된다.
"펄스 필터 동작"에 의한 혈청 분리는 필터(67)를 통해 직접 원심분리를 진행함으로 혈청 분리 시간을 단축할 수 있는 장점이 있다.
혈장 또는 혈청 분리를 위한 마이크로포어(micropore)를 갖는 멤브레인(membrane) 내지는 다공성 필터(porous filter)을 프렙 챔버의 출구에 내장하여 원심력에 의해 혈액 또는 검체를 상기 필터에 강제적으로 관통시킴으로써 혈청을 분리하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는 상기 다공성 필터(porous filter)는 박막 밸브 출구에 예비 중합체 혼합물(pre-polymer mixture)을 설치하고 UV light(ulita-Violet)을 조사하는 중합체를 형성하는 에멀젼 광-중합법(emulsion photo-polymerization)에 의해 설치되는 것을 특징으로 한다,
상기 예비 중합체 혼합물(pre-polymer mixture)는 monomer, cross-linker, porogen, photo-initiator로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 예비 중합체 혼합물(pre-polymer mixture)는 초음파에 의해 유상액(emulsion) 상태로 되고, 이 유상액을 박막 밸브(151)의 출구와 수직으로 형성된 필터유로(66)의 입구(66a)에 주입하면 모세관 현상에 의해 유상액이 필터유로(66) 을 채운 후 필터유로(66)의 출구(66b)에 도착한다.
이후, UV light의 조사(illumination)에 의해 필터유로(66)은 광중합(photo-polymerization)되어 중합체가 만들어지고, 결과적으로는 박막 밸브의 출구(151)에 다공성 필터(67)를 형성한다.
본 발명에 있어서, 상기 프렙 챔버의 시료는 원심분리에 의해 검체로부터 얻어지거나 "펄스 필터 동작"에 의해 검체로부터 원하는 시료를 분리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 프렙 챔버는 프렙 챔버의 출구에 필터유로를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명은 도면에 도시된 구체예 및 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (143)

  1. 생물학적 또는 생화학적 분석에 필요한 유체를 저장하거나 생물학적 또는 생화학적 반응을 수행할 수 있는 하나 이상의 챔버들;
    상기 챔버들을 유체 연결하는 유로들;
    상기 유로들 사이 또는 내부에 배치되어 상기 유로들에 연결되는 유공들;
    상기 챔버들, 유로들 및 유공들이 집적화된 회전 가능한 몸체; 및
    상기 유공을 폐쇄하여 상기 챔버 내의 유체를 밀봉하는 밀봉 수단을 구비하고, 상기 몸체의 회전에 의해 발생되는 원심력에 의해 밀봉 수단이 유공으로부터 파열되어 상기 유공을 개방하는 버스트 밸브(burst valve)를 포함하는 박막 화학 분석 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 버스트 밸브가 배치되는 유로에서 상기 버스트 밸브와 직렬로 연결되고 상기 유로를 가역적으로 개폐할 수 있는 박막 밸브를 더 포함하여, 상기 챔버의 밀봉성을 보장하는 동시에 가역적인 개폐를 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 몸체의 회전에 의해 발생되는 원심력이 상기 유공에 대한 상기 밀봉 수 단의 폐쇄 강도(closing strength)를 초과하는 경우 상기 유공이 개방되는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    밀봉 수단의 폐쇄 강도가 상이한 복수개의 버스트 밸브들을 포함하고, 상기 몸체의 회전 속도를 제어함으로써 상기 복수개의 버스트 밸브들의 개폐를 선택적으로 또는 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 버스트 밸브에 열을 인가할 수 있는 열 조사 수단을 더 포함하고,
    상기 버스트 밸브의 개방은 상기 원심력과 상기 열 조사 수단에 의해 인가되는 열의 협력에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 열 조사 수단은 레이저 빔 조사 수단인 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 열 조사 수단에 결합되고 개방하려는 버스트 밸브를 선택할 수 있는 밸브 탐색 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 열의 인가는 상기 몸체의 회전시 상기 열 조사 수단의 위치와 상기 버스트 밸브의 위치가 일치할 때마다 열이 상기 버스트 밸브에 인가되는 펄스 빔 동작에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 몸체는 상부 기질, 중간 기질 및 하부 기질로 이루어지는 회전 가능한 박막 디스크인 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 유체의 이동은 상기 몸체의 회전력에 의한 원심력 또는 모세관 현상에 의해 수행되거나, 친수성 코팅된 유로를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 몸체는 실리콘 웨이퍼, 플라스틱, 폴리프로필렌, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA: polymethyl methacrylate), 고리형 올레핀 고분자(COC: cyclic olefin copolymer) 및 폴리카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 몸체는 알루미늄 코팅되거나 알루미늄 쉬트(sheet)가 표면에 부착된 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 밀봉 수단은 유공 폐쇄막이고, 상기 유공 폐쇄막은 상기 유공에 접착되어 상기 챔버 내의 유체를 밀봉하고, 상기 몸체의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해 생성되는 유체의 유압에 의해 상기 유공 폐쇄막이 유공으로부터 파열되어 상기 유공을 개방하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 유공 폐쇄막은 점착제(an adhesive) 또는 막(membrane) 재료를 포함하는 박막 접착 테이프인 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 점착제는 실리콘, 고무계, 변성 실리콘계, 아크릴계(acrylic), 폴리에스터 및 에폭시로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 몸체는 상부 기질, 중간 기질 및 하부 기질이 적층되어 이루어지고, 상기 상부 기질 및 중간 기질 사이에 적층되어 그들을 결합하는 일차 박막 접착 테이프; 및 상기 중간 기질 및 하부 기질 사이에 적층되어 그들을 결합하는 이차 박막 접착 테이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 일차 또는 이차 박막 접착 테이프의 일부가 상기 유공에 접착되어 상기 유체를 밀봉하는 유공 폐쇄막을 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  18. 제 14항에 있어서,
    상기 막은 표면이 소수성인 막 또는 폴리머 막(Polymer membrane)이거나, 폴리에틸렌(Polyethylene: PE), 폴리프로필렌 (Polypropylene: PP), 폴리설폰(Polysulfone: PS), 폴리알켄(Polyalkene), 셀룰로직스(Cellulosics), 폴리비닐(Polyvinyl), 폴리카보네이트 (Polycarbonate) 또는 폴리아미드(Polyamide)로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  19. 제 1항에 있어서,
    상기 밀봉 수단은 그리스(grease) 또는 그리스가 코팅된 고체 입자이고, 상기 그리스 또는 그리스가 코팅된 고체 입자는 상기 유공에 접착되어 상기 챔버 내의 유체를 밀봉하고, 상기 몸체의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해 상기 그리스 또는 그리스가 코팅된 고체 입자가 유공으로부터 파열 또는 이탈되어 상기 유공을 개방하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 그리스는 겔(gel) 상태의 오일로서, Si계 오일, TFE 오일, Si계 그리스 또는 Si계 진공 그리스인 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 몸체의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해 상기 그리스 또는 그리스가 코팅된 고체 입자가 유공으로부터 분리되는 경우 상기 그리스 또는 그리스가 코팅된 고체 입자를 수용하는 보조 유로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  22. 제 1항에 있어서,
    상기 밀봉 수단은 마개(stopple)이고, 상기 마개는 상기 유공에 접착되어 상기 챔버 내의 유체를 밀봉하고, 상기 몸체의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해 상기 마개가 유공으로부터 이탈되어 상기 유공을 개방하는 것을 특징으로 하는 박 막 화학 분석 장치.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 마개는 원뿔, 구슬(ball), 박막 원기둥 또는 머리 부분이 더 큰 입자 모양의 금속 입자인 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  24. 제 1항에 있어서,
    상기 몸체의 방사 방향 탐색 과정 및 방위각 방향 탐색 과정을 통해 상기 몸체의 특정 위치를 탐색하는 탐색 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 몸체의 특정 위치에 배치되어 상기 탐색 수단에 기준점을 제공하는 박막형 자석을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  26. 제 24항에 있어서,
    상기 탐색 수단은 상기 몸체 상의 밸브, 챔버 또는 분석 사이트에 대한 위치 탐색 수단인 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 탐색 수단에 결합된 밸브 개방 수단, 레이저 조사 수단, 챔버 혼합 수단 및 반응 검출 수단 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  28. 제 1항에 있어서,
    상기 몸체는 둘 이상의 기질들이 적층되어 이루어지고,
    상기 기질들 사이에 적층되어 그들을 결합시키는 박막 접착 테이프; 및
    상기 박막 접착 테이프의 일부가 결실되어 유로가 형성되는 모세관 현상이 발생 가능한 박막 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  29. 제 1항에 있어서,
    바이오 픽업 광학 모듈(Bio Pickup Optical Module; BOPM);
    상기 바이오 픽업 광학 모듈을 탑재하고 상기 몸체 상의 특정 위치를 탐색하는 슬라이더; 및
    상기 슬라이더의 이동을 제어하기 위한 슬라이더 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 바이오 픽업 광학 모듈은 레이저 빔 발생 장치, 박막 밸브 개폐 수단 또는 반응 결과를 탐지하는 탐지 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  31. 제 29항에 있어서,
    상기 슬라이더는 상기 몸체의 방사 방향 탐색 과정, 방위각 방향 탐색 과정 또는 상하 이동 과정을 통해 상기 몸체의 특정 위치를 탐색하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  32. 제 29항에 있어서,
    상기 몸체를 고속 회전시킬 수 있는 스핀들 모터; 상기 몸체를 일정 각만큼 회전시킬 수 있는 스텝 모터; 및 상기 몸체에 상기 스텝 모터와 스핀들 모터와의 연결을 제어하는 기어 연결 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  33. 제 1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 챔버들은 액체 저장 챔버 및 시약 챔버를 포함하고, 상기 액체 저장 챔버는 액상의 시약을 포함하고 상기 시약 챔버는 비어 있고, 상기 버스트 밸브의 개방시 상기 액체 저장 챔버 내에 저장된 액상의 시약이 상기 시약 챔버로 공급되거나,
    상기 액체 저장 챔버 및 상기 시약 챔버는 각각 희석 용액 및 고체 시약 알갱이들을 포함하고, 상기 버스트 밸브의 개방시 상기 액체 저장 챔버 내에 저장된 희석 용액이 상기 시약 챔버로 공급되고, 상기 시약 챔버 내에 저장되어 있던 고체 시약 알갱이들이 상기 희석 용액에 의해 용해되어 액상의 시약으로 변환되는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  34. 제 1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 챔버들은 액체 저장 챔버, 시약 챔버 및 공정 챔버를 포함하고,
    상기 챔버들을 연결하는 유공을 가역적으로 개폐할 수 있는 박막 밸브를 더 포함하고,
    상기 액체 저장 챔버로부터 상기 시약 챔버로의 유체 이동은 상기 버스트 밸브의 개방에 의해 이루어지고, 상기 시약 챔버로부터 상기 공정 챔버로의 유체 이동 또는 상기 공정 챔버간의 유체 이동은 상기 박막 밸브의 개방에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  35. 제 2항 또는 제 34항에 있어서,
    상기 박막 밸브의 개폐를 제어할 수 있는 박막 밸브 개폐 수단; 및 상기 박막 밸브 개폐 수단에 결합되어, 개방하려는 박막 밸브를 선택할 수 있는 밸브 탐색 수단을 더 포함하고,
    상기 박막 밸브의 개방은 상기 밸브 탐색 수단에 의해 선택된 박막 밸브를 상기 박막 밸브 개폐 수단이 개방함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  36. 제 2항 또는 제 34항에 있어서, 상기 박막 밸브는
    상기 유공의 상측에 설치된 영구 자석;
    상기 유공의 하측에 설치된 전자석 또는 이동 가능한 영구 자석; 및
    상기 자석들에 의해 형성되는 자력에 의해 상기 유공을 선택적으로 개폐하는 초소형 구슬 또는 박막 원기둥 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  37. 제 2항 또는 제 34항에 있어서,
    상기 박막 밸브는 상기 유공의 상측에 설치된 영구 자석의 자력에 의해 유통 보관 중 유공이 항시 닫혀 있는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  38. 제 1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 챔버들에 저장되는 자성체 소형 구슬; 상기 몸체 하부에서 빠르게 움직일 수 있는 슬라이더; 및 상기 슬라이더에 장착되고 상기 자성체 소형 구슬에 인력 또는 척력을 인가하여 상기 자성체 소형 구슬을 운동시킬 수 있는 영구 자석을 더 포함하고,
    상기 슬라이더의 빠른 움직임에 따라 챔버 내의 자성체 소형 구슬이 자석의 인력에 의해 같이 움직이고, 그에 의해 챔버 내의 액체의 혼합이 유도되는 것을 특 징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  39. 제 1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 챔버들에 저장되는 자성체 소형 구슬; 상기 몸체 하부에서 빠르게 움직일 수 있는 슬라이더; 및 상기 슬라이더에 장착되고 상기 자성체 소형 구슬에 인력 또는 척력을 인가하여 상기 자성체 소형 구슬을 운동시킬 수 있는 영구 자석을 더 포함하고,
    상기 영구 자석을 상기 챔버의 해당 반경에 정지시키고 상기 몸체를 회전시키거나 정역회전을 반복함에 따라 챔버 내의 자성체 소형 구슬이 영구 자석과 마주칠 때마다 자석의 인력에 의해 같이 움직이고, 그에 의해 챔버 내의 액체의 혼합이 유도되는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  40. 제 1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 챔버들에 저장되는 자성체 소형 구슬; 상기 몸체 하부에서 빠르게 움직일 수 있는 슬라이더; 및 상기 슬라이더에 장착되고 상기 자성체 소형 구슬에 인력 또는 척력을 인가하여 상기 자성체 소형 구슬을 운동시킬 수 있는 전자석을 더 포함하고,
    상기 전자석의 온오프 제어 또는 자장 방향 변화에 따라 챔버 내의 자성체 소형 구슬이 요동치고, 그에 의해 챔버 내의 액체의 혼합이 유도되는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  41. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 챔버들 사이의 유체 이동은 상기 몸체의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의한 유체 이동; 친수성 유로 표면에 의한 친수성 유체 이동; 상기 박막 밸브의 반복적인 개폐에 의한 펌핑 유체 이동; 또는 유로의 모세관 현상에 의한 유체 이동에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  42. 제 2항에 있어서,
    상기 박막 밸브의 개폐를 제어할 수 있는 박막 밸브 개폐 수단; 및 상기 박막 밸브 개폐 수단에 결합되어, 개방하려는 박막 밸브를 선택할 수 있는 밸브 탐색 수단을 더 포함하고,
    상기 하나 이상의 챔버들 사이의 유체 이동은 상기 밸브 탐색 수단이 상기 박막 밸브를 반복적으로 선택하여 발생하는 펌핑력에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  43. 제 42항에 있어서,
    상기 펌핑력은 상기 몸체의 회전시 상기 박막 밸브 개폐 수단의 위치와 상기 박막 밸브의 위치가 일치할 때마다 상기 박막 밸브가 개방되는 펄스 밸브 동작에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  44. 제 1항에 있어서,
    상기 몸체의 회전시 챔버로부터의 원심력에 의한 유체 누출을 방지하는 액체 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  45. 제 44항에 있어서,
    상기 액체 밸브는 상기 몸체의 회전 중심을 기준으로 보았을 때 U 또는 V 형태를 갖는 유로인 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  46. 제 44항에 있어서,
    상기 액체 밸브의 표면은 친수성 처리가 되어 있고, 상기 몸체의 회전시 상기 액체 밸브에 의해 하나의 챔버 내에 억류되어 있던 유체가 정지시 친수성 유체 이동에 의해 다른 챔버로 이동하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  47. 제 1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 챔버들은 다른 챔버에 과량의 유체가 주입되는 경우 그를 저장하여 상기 다른 챔버에 정량의 유체가 저장되도록 하는 잉여 챔버(excess chamber)를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  48. 제 47항에 있어서,
    상기 잉여 챔버 및 다른 챔버 사이에 연결되어 과량의 유체를 몸체의 회전 동안에 이송하는 정량 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  49. 제 1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 챔버들은 상기 몸체의 회전 중심을 기준으로 보았을 때 역 V 형태의 쐐기 모양을 갖고, 상기 챔버 내의 유압이 집중되는 쐐기 끝 부분에 상기 버스트 밸브가 배치되는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  50. 제 49항에 있어서,
    상기 쐐기 모양의 챔버는 검체로부터 시료를 준비하기 위한 프렙 챔버(preparation chamber)로 사용되고, 상기 쐐기 끝에 설치된 버스트 밸브는 원심 분리 동안 개방되지 않는 폐쇄 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  51. 제 1항에 있어서,
    상기 유로 내에 시료의 분리를 위한 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  52. 제 51항에 있어서,
    상기 필터는 마이크로포어를 구비하는 멤브레인 또는 다공성 필터인 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  53. 제 51항에 있어서,
    상기 시료의 분리는 상기 몸체의 회전시 상기 박막 밸브 개폐 수단의 위치와 상기 박막 밸브의 위치가 일치할 때마다 상기 박막 밸브가 개방되고, 그 때마다 상기 박막 밸브로부터 방출된 시료가 원심력에 의해 상기 필터를 통과하는 펄스 필터 동작에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  54. 제 51항에 있어서,
    상기 필터는 필터를 형성하려고 하는 유로의 출구에 그와 수직으로 교차하는 필터 유로에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  55. 제 54항에 있어서,
    상기 필터 유로는 에멀젼 광 중합법에 의해 필터로 변환될 수 있는 에멀젼을 모세관 현상에 의해 함유하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  56. 제 1항에 있어서,
    상기 챔버의 반응 온도를 제어하기 위한 온도 측정 수단, 가열 수단 및 냉각 수단을 포함하는 온도 제어 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  57. 제 1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 챔버들은
    검체로부터 시료를 준비하기 위한 프렙 챔버(preparation chamber);
    상기 시료를 증폭하기 위한 증폭 챔버;
    상기 프렙 챔버에서 얻어진 시료를 일시 저장하거나, 상기 시료를 희석시키기 위한 희석 용액(dilution buffer) 또는 상기 시료 내의 표적 물질에 결합하기 위한 표지자(label)를 저장하고 있는 버퍼 챔버;
    상기 시료와 생물학적 또는 생화학적 반응을 하기 위한 프로브가 고정화되어 있는 분석 사이트;
    분석에 필요한 효소 또는 버퍼 용액을 저장하는 액체 저장 챔버;
    상기 액체 저장 챔버로부터 효소 또는 버퍼 용액을 일시 저장하고 다른 챔버에 공급하는 시료 챔버;
    탈수 공정 또는 세정 공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버(trash chamber);
    다른 챔버의 세정 공정에 필요한 세정 용액을 저장하기 위한 세정 챔버; 및 다른 챔버에 정량의 시료를 공급하기 위한 정량 챔버 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  58. 제 57항에 있어서,
    상기 표지자는 액상(liquid phase) 또는 고체(solid phase) 알갱이인 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  59. 제 58항에 있어서,
    상기 표지자는 야광 표지자인 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  60. 제 58항에 있어서,
    상기 고체 알갱이는 액상의 표지자가 정제(tablet), 볼(ball), 그레인(grain) 또는 파우더(powder) 형태로 변환된 고체 입자이거나, 액상의 표지자가 다공성 패드(pad) 상에 냉동 건조된 형태(frozen dried form)로 변환된 입자인 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  61. 제 57항에 있어서,
    상기 프렙 챔버에서 상기 시료의 준비는 상기 몸체의 고속 회전을 이용한 원심분리에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  62. 제 57항에 있어서,
    상기 버퍼 챔버 내의 희석 용액은 버퍼 챔버의 시약 주입구를 통해 공급되거나 희석 용액을 저장하고 있는 액체 저장 챔버로부터 버스트 밸브 개방 동작에 의해 공급되는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  63. 제 57항에 있어서,
    상기 분석 사이트는 반응 분석용 시약을 저장하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  64. 제 57항에 있어서,
    상기 분석 사이트는 니트로셀룰로스 멤브레인, 나일론 멤브레인 또는 다공성 멤브레인 및 그 위에 고정된 포획 프로브를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  65. 제 63항에 있어서,
    상기 반응 분석용 시약은 고체 알갱이인 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  66. 제 58항 또는 제 65항에 있어서,
    상기 버스트 밸브 개방시 상기 액체 저장 챔버에 저장되어 있던 희석 용액이 상기 고체 알갱이를 액상의 시약 또는 표지자로 변환시키는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  67. 제 66항에 있어서,
    상기 고체 알갱이는 복수의 상이한 고체 알갱이들을 포함하고, 상기 복수의 상이한 고체 알갱이들은 복수의 생화학 반응 분석을 위해 복수의 분석 사이트에 각각 저장되고, 한 종류의 희석 용액에 의해 액상의 시약으로 변환될 수 있는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  68. 제 67항에 있어서,
    상기 희석 용액을 저장하기 위한 액체 저장 챔버의 체적은 상기 복수개의 분석 사이트 각각마다 정해져 있는 고체 알갱이의 희석 비율에 해당하는 체적을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  69. 제 57항에 있어서,
    상기 액체 저장 챔버는 중간 기질과 상부 기질로 구성되고, 상기 중간 기질은 액체의 저장 공간을 제공하는 챔버 및 그 챔버에 액체를 주입하기 위한 상측 개구부로 구성됨과 동시에 챔버 외곽의 높이가 중앙의 높이보다 낮아 상기 개구부를 통해 챔버로의 액체 투입시 모세관 현상에 의해 상기 챔버의 외곽에 액체가 편재를 이루어지도록 설계되고, 상기 상부 기질은 챔버에 액체 투입 완료 후에 중간 기질과 결합되어 상기 액체 저장 챔버의 상부를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  70. 제 57항에 있어서,
    상기 정량 챔버는 동심원 유로와 분석 사이트간에 설치되고, 상기 동심원 유 로를 통한 시료의 친수성 유체 이동에 의해 정량 챔버와 동심원 유로가 시료에 의해 채워지고,
    상기 하나 이상의 챔버들은 몸체의 회전 동안 정량 챔버에 시료를 남긴 채 동심원 유로를 채운 시료만을 원심력에 의해 빼내기 위한 오버플로우 챔버를 상기 동심원 유로의 말단부에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  71. 제 57항에 있어서,
    상기 정량 챔버의 시료는 상기 정량 챔버와 분석 사이트간에 설치된 동심원상의 박막 밸브들이 상기 몸체의 회전 동안 펄스 밸브 동작에 의해 동시에 개방되어 각각의 분석 사이트로 이동하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  72. 제 57항에 있어서,
    상기 정량 챔버는 친수성 코팅된 섹터 유로로 구성되고, 시료가 친수성 유체 이동 하는 동안 시료에 의해 채워지는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  73. 제 72항에 있어서,
    상기 섹터 유로는 상기 몸체의 회전 중심을 기초로 하여 역 V 또는 U 형태여서 상기 몸체의 회전 동안 시료가 각 섹터 채널에 고립되어 이웃한 분석 사이트로 이동하지 않는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  74. 제 57항에 있어서, 상기 분석 사이트는
    다공성 멤브레인, 상기 다공성 멤브레인 표면 상에 코팅된 인터디지테이티드 전극, 및 상기 인터디지테이니티드 전극 간의 빈 공간에 고정된 포획 프로브;
    다공성 멤브레인, 및 상기 다공성 멤브레인 상에 고정된 포획 프로브;
    기질 상에 형성되는 마이크로포어, 및 상기 마이크로포어에 고정된 포획 프로브; 또는
    고정하려는 포획 프로브, 및 상기 포획 프로브를 원하는 시점에 기질에 고정시킬 수 있는 고정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  75. 제 57항에 있어서,
    상기 분석 사이트는 다공성 멤브레인 및 그 상에 고정된 프로브를 포함하고,
    상기 분석 사이트에 시료가 주입된 이후에 주입되어 상기 시료의 확산을 도와 주는 가상 시료를 저장하는 가상 시료 저장 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  76. 제 75항에 있어서,
    상기 가상 시료는 상기 시료에 비해 확산 속도가 느리거나 점도가 높은 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  77. 제 76항에 있어서,
    상기 가상 시료는 글리세롤이 첨가된 세정 용액인 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  78. 제 57항에 있어서,
    상기 분석 사이트는 다공성 멤브레인, 및 상기 다공성 멤브레인 상에 고정된 라인 또는 스팟 형태의 다종의 종양 표지자(tumor marker) 또는 질병 표지자를 테스트 라인으로서 포함하고,
    상기 고정된 표지자들은 전체적으로 스트립(strip) 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  79. 제 78항에 있어서,
    상기 표지자들의 위치에 대응하는 마커 위치 라인, 또는 상기 스트립의 외곽을 정의하는 테두리 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  80. 제 1항에 있어서,
    상기 분석 사이트에 대응하는 상부 기질은 불투명 처리 됨으로써, 상기 상부 기질에 빛이 조사되는 경우 산란 및 노이즈가 감소되는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  81. 제 78항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인은 콘쥬게이트 패드(conjugate pad) 및 샘플 패드(sample pad) 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  82. 제 78항에 있어서,
    상기 종양 표지자 또는 질병 표지자는 AFP, PSA, CEA, CA19-9, CA125, CA15-3 또는 알츠하이머(Alzheimer) 질환의 특이 마커, 또는 심근 경색 표지 인자인 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  83. 제 78항에 있어서,
    상기 다공성 멤브레인 상에 고정된 기준 라인(reference line)과 컨트롤 라인(control line)을 위한 포획 프로브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  84. 제 83항에 있어서,
    상기 기준 라인(reference line)의 반응 농도를 기준치(cutoff value)로 잡는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  85. 제 84항에 있어서,
    상기 기준 라인의 기준치는 3 ng/ml, 4 ng/ml, 10 ng/ml, 20 ng/ml, 30 ng/ml, 40 ng/ml 또는 50 ng/ml인 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  86. 제 83항에 있어서,
    상기 기준 라인과 테스트 라인간의 반응 강도의 차이에 의해 정성 또는 정량 분석하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  87. 제 83항에 있어서,
    상기 스트립의 백그라운드와 테스트 라인간의 반응 강도의 차이에 의해 정성 또는 정량 분석하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  88. 제 83항에 있어서,
    상기 복수개의 기준 라인에 의해 형성된 반응 강도에 대한 선형 함수(linear function)에 의해 테스트 라인의 반응 강도를 결정하여 정성 또는 정량 분석하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  89. 제 83항에 있어서,
    상기 기준 라인과 컨트롤 라인에 의해 형성된 반응 강도에 대한 선형 함수(linear function)에 의해 테스트 라인의 반응 강도를 결정하여 정성 또는 정량 분석하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  90. 제 1항에 있어서,
    상기 몸체는 온도 측정 기능, 가열 기능 또는 분석 사이트 판독 기능을 갖는 집적화된 무선 RF IC를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  91. 제 6항에 있어서,
    상기 레이저 빔 조사 수단에 의한 레이저 빔 조사는 펄스 빔 동작 또는 스캐닝 빔 동작에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  92. 제 57항에 있어서,
    상기 액체 밸브는 세정 챔버와 분석 사이트간 또는 버퍼 챔버와 분석 사이트간에 설치되는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  93. 제 1항에 있어서,
    상기 몸체는 한쪽 면에 CD 또는 DVD의 포맷을 따르는 데이터 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  94. 제 93항에 있어서,
    상기 데이터층은 박막 화학 분석 장치의 버전, 제조 일자, 프로토콜, 분석 알고리즘, 판독을 위한 표준 제어값, 분석 사이트에 대한 위치 정보, 생물정보학 정보, 자기 진단 관련 정보, 개인 암호화 정보, ID 정보, 검사 결과 정보 또는 이력 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  95. 제 57항에 있어서,
    상기 프렙 챔버에서 버퍼 챔버로의 시료 이동은 버스트 밸브의 개방 또는 박막 밸브의 펄스 밸브 동작에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  96. 제 50항에 있어서,
    상기 프렙 챔버는 원심 분리된 검체로부터 시료만을 따로 분리하기 위한 보조 프렙 챔버 및 프렙 구멍을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  97. 제 1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 챔버들 내의 반응을 검출하기 위한 검출 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  98. 제 97항에 있어서,
    상기 검출 수단은 광원 장치 및 광 검출기를 포함하는 분광 광도계인 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  99. 제 97항에 있어서,
    상기 검출 수단과 결합하고 상기 하나 이상의 챔버를 선택할 수 있는 챔버 탐색 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  100. 제 97항에 있어서,
    상기 검출 수단은 이미지 센서 장치이고,
    상기 이미지 센서 장치의 조명을 위한 LED를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  101. 제 100항에 있어서,
    상기 LED는 다양한 파장의 빛을 발광하는 다색 LED이고,
    상기 이미지 센서 장치는 상기 다양한 파장의 빛에 대한 컬러 강도를 측정하고, 상기 파장 및 컬러 강도 사이의 2차원적 프로파일로부터 반응을 분석하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  102. 제 1항에 있어서,
    바이오 로보트, 런닝 머신, 안마기, 비데, 자판기 또는 체지방 측정 장치에 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  103. 제 102항에 있어서,
    상기 바이오 로보트의 손가락 모양 부분은 채혈한 혈액을 상기 몸체의 샘플 주입구에 로딩할 수 있는 란셋 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  104. 잔류 농약 검사에 필요한 유체를 저장하거나 잔류 농약 검사를 수행할 수 있는 하나 이상의 챔버들;
    상기 챔버들을 유체 연결하는 유로들;
    시료와의 반응을 수행하는 분석 사이트;
    상기 유로들 사이 또는 내부에 배치되어 상기 유로들에 연결되는 유공들;
    상기 챔버들, 유로들, 분석 사이트 및 유공들이 집적화된 회전 가능한 몸체;
    상기 유공을 폐쇄하여 상기 챔버 내의 유체를 밀봉하는 밀봉 수단을 구비하고, 상기 몸체의 회전에 의해 발생되는 원심력에 의해 밀봉 수단이 유공으로부터 파열되어 상기 유공을 개방하는 버스트 밸브(burst valve); 및
    상기 유공을 가역적으로 개폐할 수 있는 박막 밸브를 포함하고,
    상기 분석 사이트는 검체로부터 얻어진 시료에 대한 반응 강도를 측정하는 샘플 멤브레인; 및 블랭크 테스트로서 반응 강도의 영점을 잡기 위한 컨트롤 멤브레인을 포함하는 잔류 농약 검사용 박막 화학 분석 장치.
  105. 제 104항에 있어서,
    상기 하나 이상의 챔버들은
    잔류 농약을 검사하고자 하는 검체로부터 시료를 준비하기 위한 프렙 챔버;
    버스트 밸브의 개방시 상기 프렙 챔버로 이송되고 상기 검체로부터 시료를 추출할 수 있는 시료 추출액을 저장하는 시료 추출액 저장 챔버;
    상기 프렙 챔버에서 얻어진 시료를 일시 저장하거나, 상기 시료를 희석시키기 위한 희석 용액(dilution buffer) 또는 상기 시료 내의 표적 물질에 결합하기 위한 표지자(label)를 저장하고 있는 버퍼 챔버;
    분석에 필요한 효소 또는 버퍼 용액을 저장하는 액체 저장 챔버;
    세정 공정에 의해 생성된 찌거기들을 모으기 위한 트레쉬 챔버;
    상기 액체 저장 챔버로부터 효소 또는 버퍼 용액을 일시 저장하고 다른 챔버에 공급하는 시료 챔버;
    상기 컨트롤 멤브레인에 컨트롤 액체를 공급하기 위한 컨트롤 액체 저장 챔버; 및
    다른 챔버에 정량의 시료를 공급하기 위한 정량 챔버 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 잔류 농약 검사용 박막 화학 분석 장치.
  106. 제 105항에 있어서,
    상기 액체 저장 챔버는 희석 용액을 포함하고 상기 시약 챔버 또는 버퍼 챔버는 고체 시약 알갱이들을 포함하고, 상기 버스트 밸브의 개방시 상기 액체 저장 챔버 내에 저장된 희석 용액이 상기 시약 챔버 또는 버퍼 챔버로 공급되고, 상기 시약 챔버 또는 버퍼 챔버 내에 저장되어 있던 고체 시약 알갱이들이 상기 희석 용액에 의해 용해되어 액상의 시약으로 변환되는 것을 특징으로 하는 잔류 농약 검사 용 박막 화학 분석 장치.
  107. 제 104항에 있어서,
    상기 유체의 이동은 상기 몸체의 회전시 상기 박막 밸브의 위치가 박막 밸브 개폐 수단의 위치와 일치할 때마다 상기 박막 밸브가 개방되는 펄스 밸브 동작, 친수성 유체 이동, 모세관 유체 이동 또는 펌핑 유체 이동에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 잔류 농약 검사용 박막 화학 분석 장치.
  108. 제 104항에 있어서,
    상기 몸체의 회전시 챔버로부터의 원심력에 의한 유체 누출을 방지하는 액체 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잔류 농약 검사용 박막 화학 분석 장치.
  109. 제 108항에 있어서,
    상기 액체 밸브는 상기 몸체의 회전 중심을 기준으로 보았을 때 U 또는 V 형태를 갖는 유로인 것을 특징으로 하는 잔류 농약 검사용 박막 화학 분석 장치.
  110. 제 108항에 있어서,
    상기 액체 밸브의 표면은 친수성 처리가 되어 있고, 상기 몸체의 회전시 상기 액체 밸브에 의해 하나의 챔버 내에 억류되어 있던 유체가 정지시 친수성 유체 이동에 의해 다른 챔버로 이동하는 것을 특징으로 하는 잔류 농약 검사용 박막 화 학 분석 장치.
  111. 제 1항 또는 제 104항에 있어서,
    상기 몸체는 잔류 농약 검사 또는 잔류 항생제 검사에 관한 정보를 저장하는 집적화된 무선 RF IC를 포함하는 것을 특징으로 하는 잔류 농약 검사용 박막 화학 분석 장치.
  112. 제 111항에 있어서,
    상기 정보는 상기 무선 RF IC에 내장된 메모리에 저장되는 것을 특징으로 하는 잔류 농약 검사용 박막 화학 분석 장치.
  113. 제 111항에 있어서,
    상기 정보는 검사 일자, 검사 결과, 유효 기간, 대상의 생산 지역, 제품 ID, 생산 이력, 유통 이력, 생산 농가의 연락처, 가격 또는 유기농 여부에 관한 정보인 것을 특징으로 하는 잔류 농약 검사용 박막 화학 분석 장치.
  114. 제 104항에 있어서,
    상기 분석 사이트에 대한 검사 결과가 컴퓨터 모니터 상에 표시되거나, 자동 또는 수동으로 해당 관청 혹은 식품 업체의 서버에 인터넷 망을 통해 원격 접속되어 이들 서버에 검사 결과 및 이력이 저장 관리되거나, 해당관청으로 부터 검사 결 과에 따른 인증를 원격으로 전송 받아 상기 몸체 상의 RF IC에 기록하는 것을 특징으로 하는 잔류 농약 검사용 박막 화학 분석 장치.
  115. 제 104항에 있어서,
    상기 잔류 농약은 유기인계 또는 카바메이트계 살충제인 것을 특징으로 하는 잔류 농약 검사용 박막 화학 분석 장치.
  116. 제 115항에 있어서,
    상기 샘플 멤브레인은 상기 카바메이트계 살충제를 검출하기 위한 아세틸콜린에스터라아제(AChE)을 포함하는 것을 특징으로 하는 잔류 농약 검사용 박막 화학 분석 장치.
  117. 하나 이상의 챔버들; 상기 챔버들을 유체 연결하는 유로들; 상기 유로들 사이 또는 내부에 배치되어 상기 유로들에 연결되는 유공들; 상기 챔버들, 유로들 및 유공이 집적화된 회전 가능한 몸체; 상기 유공을 폐쇄하여 상기 챔버 내의 유체를 밀봉하는 밀봉 수단을 구비하는 버스트 밸브; 및 유로를 가역적으로 개폐할 수 있는 박막 밸브를 포함하는 박막 화학 분석 장치를 이용한 분석 방법에 있어서,
    상기 몸체의 회전에 의해 발생되는 원심력에 의해 유공으로부터 밀봉 수단을 파열하여 상기 버스트 밸브를 개방하는 단계를 포함하는 분석 방법.
  118. 제 117항에 있어서,
    버스트 밸브를 개방하여 액체 저장 챔버에 저장된 유체를 다른 챔버로 이송하는 단계; 및
    상기 버스트 밸브가 배치되는 유로에서 상기 버스트 밸브와 직렬로 연결되는 박막 밸브를 제어하여 상기 유로를 가역적으로 개폐하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  119. 제 117항에 있어서,
    상기 버스트 밸브를 개방하기 위하여 상기 밀봉 수단의 폐쇄 강도에 대응하는 원심력이 발생되도록 상기 몸체의 회전 속도를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  120. 제 117항에 있어서,
    상기 버스트 밸브를 개방하기 위하여 상기 버스트 밸브에 인가되는 열을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  121. 제 117항에 있어서,
    상기 몸체의 회전에 의해 발생하는 원심력, 친수성 유로 표면, 박막 밸브의 반복적인 개폐에 의한 펌핑력, 또는 유로의 모세관 현상에 의해 상기 유체를 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  122. 제 117항에 있어서,
    상기 밀봉 수단은 유공 폐쇄막, 그리스, 그리스가 코팅된 입자 또는 마개인 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  123. 제 117항에 있어서,
    상기 버스트 밸브를 개방하여 액체 저장 챔버 내에 저장된 희석 용액을 시약 챔버로 공급하는 단계; 및
    상기 시약 챔버 내에 저장되어 있던 고체 시약 알갱이들을 상기 희석 용액에 의해 용해시켜 액상의 시약으로 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  124. 제 117항에 있어서,
    상기 버스트 밸브 또는 박막 밸브를 선택적으로 개폐하기 위하여, 개폐하고자 하는 밸브를 탐색하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  125. 제 117항에 있어서,
    상기 챔버 내에 포함된 자성체 소형 구슬을 자력에 의해 운동시켜 상기 챔버 내의 액체를 혼합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  126. 제 117항에 있어서,
    상기 몸체의 회전 중심을 기준으로 보았을 때 U 또는 V 형태를 갖는 액체 밸브를 이용하여 상기 몸체의 회전시 개방된 챔버로부터의 원심력에 의한 유체 누출을 방지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  127. 제 117항에 있어서,
    상기 유로 내에 구비된 필터를 이용하여 시료를 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  128. 제 117항에 있어서,
    상기 챔버의 반응 온도를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  129. 제 117항에 있어서,
    특정 챔버를 탐색하여 선택하는 단계; 및 상기 분석 사이트의 반응 결과를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  130. 제 129항에 있어서,
    상기 검출 단계는 분광 광도계에 의해 수행되고,
    상기 분광 광도계에 의한 분석 사이트의 분석은 스텝 모터(step motor) 또는 스텝 모터에 연결된 기어에 의한 몸체의 회전각(rotation angle) 제어 또는 방위각 방향 밸브 탐색을 이용한 챔버의 탐색 단계 이후에 수행되거나, 바탕 용액 챔버에 의해 분석 사이트들을 공간 어드레싱(space addrsssing)하여 몸체 회전 동안 챔버 내의 시료의 광 흡수율을 연속 계측함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  131. 제 130항에 있어서,
    상기 분광 광도계의 광원 또는 광원 장치는 백색광 LED, RGB 레이저, 또는 복수개의 LD(Laser Diode)가 집적화된 LD 모듈인 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  132. 제 130항에 있어서,
    상기 분광 광도계에 의한 분석 사이트의 판독은 몸체 내의 상부 기질 또는 분석 사이트 내에 반사층이 집적화된 박막 화학 분석 장치의 분석 사이트에 상기 분광 광도계의 광원 장치에 의해 얻어진 특정 파장의 빛을 통과시키는 단계, 및 상기 반사층에 의해 반사된 빛을 광 검출기가 검출함으로써 상기 분석 사이트 내의 시료에 의한 광 흡수율을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  133. 제 130항에 있어서,
    상기 분광 광도계에 의한 분석 사이트의 판독은 상기 몸체 내에 집적화된 광 검출기가 시료에 의한 광 흡수율을 측정함으로써 판독 결과를 얻는 단계, 및 상기 몸체 내에 집적화된 무선 RF IC가 상기 판독 결과를 수신하여 외부로 무선 송출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  134. 제 117항에 있어서,
    상기 몸체를 고속 회전시켜 원심력에 의해 검체로부터 시료를 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  135. 제 117항에 있어서,
    상기 몸체를 고속 회전시켜 원심력에 의해 검체로부터 시료를 분리하는 단계;
    상기 분리된 시료를 버퍼 챔버로 이동시켜 상기 버퍼 챔버 내의 희석 용액 또는 표지자와 혼합하는 단계;
    상기 박막 밸브를 개방하여 상기 버퍼 챔버 내의 시료를 동심원 유로, 정량 유로 또는 섹터 유로를 통해 친수성 유체 이동시키는 단계; 및
    상기 버스트 밸브의 개방 또는 상기 박막 밸브의 펄스 밸브 동작에 의한 박막 밸브의 개방에 의해 정량 챔버 또는 섹터 유로 내의 시료를 각각의 분석 사이트 내로 유입시켜 분석 사이트 내의 시약과 생화학 반응을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  136. 제 135항에 있어서,
    상기 몸체를 회전시켜 상기 정량 챔버 내에만 시료를 남기고, 동심원 유로를 채우고 있던 시료들을 원심력에 의해 오버플로우 챔버로 전부 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  137. 제 135항에 있어서,
    상기 버스트 밸브의 개방에 의해 희석 용액 저장 챔버에 저장된 희석 용액을 분석 사이트로 이송하는 단계; 및 이송된 희석 용액에 의해 분석 사이트 내의 고체 알갱이를 용해시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  138. 제 135항에 있어서,
    상기 혼합 단계 이전에 상기 희석 버퍼 챔버의 버스트 밸브 개방에 의해 상기 버퍼 챔버에 희석 용액 또는 표지자를 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  139. 제 135항에 있어서,
    상기 버퍼 챔버와 동심원 유로 또는 상기 버퍼 챔버와 섹터 유로간을 연결하는 유로는 몸체의 회전시 액체의 누출을 방지하기 위한 액체 밸브를 포함하고, 몸체의 회전시 상기 액체 밸브에 의해 버퍼 챔버 내에 억류되어 있던 시료가 정지시 친수성 유체 이동에 의해 상기 동심원 유로 또는 섹터 유로로 이동하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 화학 분석 장치.
  140. 제 135항에 있어서,
    세정 용액을 첨가하여 상기 분석 사이트를 세정하는 단계; 및 상기 몸체를 고속 회전시켜 탈수에 의해 상기 분석 사이트를 건조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  141. 제 135항에 있어서,
    상기 분석 사이트의 반응 결과를 정성 또는 정량 분석하는 단계; 상기 분석에 따른 진단 결과를 컴퓨터 모니터 상에 표시하는 단계; 상기 분석에 따른 진단 결과 또는 문진표를 인터넷 망을 통해 접속되어 있는 의사에게 원격 전송하는 단계; 및 상기 의사로부터 처방을 받는 단계 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  142. 제 117항에 있어서,
    박막 밸브의 펄스 밸브 동작에 의해 원심 분리된 시료를 버퍼 챔버로 이송시키거나 펄스 필터 동작에 의해 버퍼 챔버로 시료를 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  143. 제 117항에 있어서,
    상기 박막 화학 분석 장치용 드라이브에 일반적인 광학 디스크 또는 인식불가한 박막 화학 분석 장치가 로딩시 이젝트(eject) 또는 경고 메시지가 사용자에게 통지되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
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