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KR20150130523A - 미세유체 분배 장치 - Google Patents

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KR20150130523A
KR20150130523A KR1020157029250A KR20157029250A KR20150130523A KR 20150130523 A KR20150130523 A KR 20150130523A KR 1020157029250 A KR1020157029250 A KR 1020157029250A KR 20157029250 A KR20157029250 A KR 20157029250A KR 20150130523 A KR20150130523 A KR 20150130523A
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fluid
microfluidic
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reagent
dispensing device
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데이비드 제이. 레덴
다펭 첸
제임스 이. 라스무젠
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지멘스 헬쓰케어 다이아그노스틱스 인크.
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Abstract

미세유체 분배 장치(microfluidic distributing device)는 (혈액과 같은) 유체 샘플(fluid sample)의 분석을 위한 복수의 미세채널들을 갖는다. 미세채널 분배 장치는 유체 샘플 유입 포트(fluid sample entry port)를 가지며 이 포트로부터 유체 샘플의 서브샘플들이 복수의 미세채널들로 분배되며, 복수의 미세채널 내에서 유체 서브샘플들이 테스트 장치(test device)에 의한 분석을 위해 처리된다.

Description

미세유체 분배 장치 {MICROFLUIDIC DISTRIBUTING DEVICE}
본 출원은 2013년 3월 15일자로 출원된 미국 일련번호 제 61/790,580호의 이익을 청구한다. 이전에 참조된 출원의 전체 내용들이 인용에 의해 본원에 명확히 포함된다.
1. 본 발명의 개념들의 분야(Field of the Inventive Concept)
본원에 개시되고 청구된 본 발명의 개념들은 일반적으로 분석을 위한 유체 샘플(fluid sample)의 부분들을 분배하기 위한 복수의 채널들을 가지는 미세유체 장치(microfluidic device)들에 관한 것이다.
2. 관련 기술의 간단한 설명
유체 샘플들의 분석은 다수의 질병들의 진단과 같은, 의료 적용 분야들에서 중요하다. 특히, 혈액 시료들의 채혈(collection), 처리, 및 분석은 치료 선택들을 결정하기 위한 다수의 의료 진단들의 중대한 양상이다. 종래의 혈액 분석 공정들은 수 개의 샘플 튜브(sample tube)들이 요구된 테스트(test)들의 유형(예를 들면, 몇몇 분석 평가는 EDTA-처리 혈장(EDTA-treated plasma), 헤파린-처리 혈장(heparin-treated plasma) 또는 전혈(whole blood))에 따라 환자로부터 취출할 것을 요구한다. 통상적으로, 다수의 혈액 샘플들은 색 코딩된 채혈 튜브(color-coded blood collecting tube)들을 사용하여 취해져서 혈액 샘플들이 상이한 검사 프로토콜(different testing protocol)들로 처리되기 위해 상기 채혈 튜브 안에서 다양하고 상이한 첨가제들(시약들)로 처리될 수 있다. 취출된 후 샘플들은 일반적으로 혈장으로부터 세포를 분리하도록 구성될 것이 필요하다. 이어서 정확한 샘플 유형들은 원하는 분석 평가들을 위한 기구 상에 배치될 필요가 있다.
혈액은 부유된 세포 성분들(적혈구들, 백혈구들, 및 혈소판들)과 용해된 물질들(예를 들면, 전해액들, 단백질들, 지질들, 탄수화물들, 및 아미노산(amino acid)들)의 복잡한 혼합물이다. 혈액이 정맥으로부터 인출되어 평범하고 처리되지 않은 테스트 튜브에 놓이는 경우, 혈액은 엉기게 될 것이다. 이러한 유형의 혈액 시료들은 검사를 위해 혈청을 채취하기 위해 사용된다. 신선한 혈액 시료가 항응혈제(예를 들면, 옥살염들, 구연산염들, 에틸렌 디아민 테트라아세테이트(ethylene diamine tetraacetate)들, 헤파린들)와 즉시 혼합되는 경우, 전혈은 유체 상태로 남아 있게 되어, 세포들이 혈장에서 균일하게 부유된 상태로 유지되는 것을 허용한다. 항응고화 처리된 전혈 시료가 충분한 길이의 시간 동안 유지되거나 시료가 원심 분리기로 분리되는 경우, 세포들은 테스트 튜브의 저부에 침전되어, 혈장이라 불리는 상청액(supernatant fluid)을 남긴다. 혈청과 혈장 사이의 원칙적 차이는 혈청이 섬유소원(fibrinogen)을 함유하지 않는 점이다. 섬유소원은 소모되어 세포들을 포획하여 혈전(clot)을 형성하는 비용해성 섬유소 기질(insoluble fibrin matrix)로 변환된다. 따라서, 채혈시 중요한 초기 결정(Vaught, J.B., "채혈, 운반, 처리 및 저장(Blood Collection, Shipment, Processing, and Storage") Cancer Epidemiol Biomarkers Prev . 2006년 9월 15:1582)은 (혈장, 연막, 및 적혈구(RBC; red blood cell)들로 이루어지는) 항응고화 처리된 혈액 또는 (혈청 및 응고된 RBC들로 이루어지는 ) 응고된 혈액 중 어느 것을 채혈하는가이다.
항응혈제의 작용 메커니즘(mechanism)들이 상이하고 특정 연구소 적용 분야들이 갖는 문제점들을 회피하기 위하여 신중하게 선택될 것이 필요한 수 개의 유형들의 항응혈제가 있다. 예를 들면, 헤파린은 트롬빈(thrombin) 및 응혈인자들에 엉겨서 이들의 불활성화를 가속화한다. 는 칼슘(calcium) 및 마그네슘(magnesium)과 같은 EDTA 킬레이트 금속(EDTA chelates metal)들은 일부 혈액 기반 분석에 유익할 수 있지만 다른 것에 부작용을 일으킨다. 황응혈제로서, EDTA는 DNA-기반 분석들에 매우 적합하지만 세포유전학적 분석에 문제를 일으킨다. PCR 분석들에서 문제들의 입증되지 않은 해석에도 불구하고, 연구들은 일반적으로 헤파린 또는 EDTA의 사용은 PCR 분석들에서 등가의 결과들을 생성하는 것을 알려 주었다. 덱스트로스 구연산(ACD; acid citrate dextrose)는 또한 킬레이트 칼슘(chelates calcium), 구연산염-안정 혈액은 다른 항응혈제들보다 더 우수한 품질의 RNA 및 SNA를 초래하여 배양(culture)을 위해 더 많은 림프구를 생산한다. 그러나, 액체 형태로, 덱스트로오스-구연산은 혈장을 희석하고, 희석 인자는 분석 결과들을 계산할 때 고려되어야 할 것이다. 다양한 용적들의 혈액이 연구 참석자들로부터 취출된 경우, 용적들이 신중하게 기록되지 않는다면 희석이 잘못된 결과를 초래할 수 있다.
혈청 분리기 튜브들 및 세포 준비 튜브들(CELL PREPARATION TUBES)(Becton Dickinson)과 같은 다른 특별한 채혈 튜브들은 혈액 부분들의 더욱 편리한 분리를 허용한다. 그러나, 혈청 분리기 튜브들은 티록신(thyroxin) 및 코티졸(cortisol)과 같은 일부 분석들에 영향을 미치는 것이 발견되었다. 단배질 유전 정보 분석(proteomics analyse)들용 단백질들을 보유하는 프로테아제 억제제(protease inhibitor)들을 구비한 특별한 채혈 튜브들이 개발되었다. 미량 금속이 진공 처리된 채혈 튜브들 내에 존재할 수 있기 때문에 혈액 내의 미량 금속(trace metal)들의 분석은 또한 주의를 요구한다.
비록 다수의 샘플들을 다수의 용기 내로의 수집이 채열에서의 현재의 최첨단이지만, 이 같은 다수 샘플 수집은 혈액 샘플들을 제공하여야 하는 대상에게 불편할 뿐만 아니라 튜브들의 손실 또는 라벨 오부착(mislabeling)에 의해 처리 오류들, 및 튜브 및/또는 위조 실험실 결과들을 초래하는 시약 품질에 있어서의 변화에 대한 잠재성을 도입한다. 더욱이, 종종 튜브 내로 분배될 특별한 대상으로부터의 충분한 양의 혈액을 얻는 것이 어렵다. 소형의 모세관 샘플들은 일반적으로 얻기가 용이하다. 대상으로부터 취득한 혈액 샘플들과 같은 유체 샘플들의 더 효율적인 처리 및 분석을 허용하는 장치 및 방법에 대한 요구가 존재한다. 개시되고 청구된 본 발명의 개념들에 관한 이 같은 장치 및 방법이다.
본원에서 개시되고 청구된 본 발명의 개념들은 일반적으로 미세채널(microchannel)들, 밸브(valve)들, 혼합 챔버(mixing chamber)들, 분리 구조물들, 및 유체 샘플들, 특히 혈액 샘플들을 분리, 분배, 및 처리 및 이어서 분석을 위한 계량 구성요소들 중 하나 또는 둘 이상을 포함하는 미세유체 분배 장치의 사용에 관한 것이다. 이 같은 미세유체 장치 설계는 예를 들면 검출 시약들을 사용하여 혈구들 및/또는 혈구 성분들, 및/또는 혈장 성분들의 선택적 포획, 포획된 세포들 및 혈장 성분들의 반응 및 혈구들 및/또는 성분들의 포획 및 분리를 허용할 수있다.
현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들은 예를 들면 0.1 내지 20 μL의 소형 유체 샘플들을 할당하고 분배하고 처리하고 선택적으로 분석하도록 구성되어 이 같은 샘플들에서 관심 있는 분해 물질들(analytes)의 정확하고 반복가능한 분석들을 가능하게 하는 미세유체 분석 장치들 및 시스템들에 관한 것이다. 일 실시예에서, 미세유체 장치는 혈액의 분석을 위해 설계된다. 상기 장치는 각각 유체의 소형 샘플을 위한 그리고 복수의 시약 혼합 영역들로의 샘플의 할당 및 분배를 위한 접근을 제공하는 유입 포트(entry port)와 유체 연통하는 미세채널을 포함하는 하나 또는 둘 이상의 미세유체 분석 유닛(microfluidic analysis unit)들을 갖는다. 각각의 시약 혼합 영역은 처리된 샘플을 분석하기 위한 테스트 장치와 정렬될 수 있는 유출 포트로 이어지는 미세채널을 갖는다.
현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들의 미세유체 장치는 하나 또는 둘 이상의 오버플로우 챔버(overflow chamber)들, 반응 챔버들, 모세혈관 정지부를 구비한 미세도관(microconduit)들, 및 에어 벤트(air vent)들을 포함할 수 있다. 존재할 때, 모세관 정지부들은 유체 유동을 바람직한 방향으로 지향시킨다.
하나의 양태에서, 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들은 그 안으로 액체가 샘플 유입 포트로 도입되는 마이크로유체 분석 장치에 액체 샘플을 공급하는 방법을 포함하며, 샘플 유입 포트로부터 액체 샘플은 모세관력들 또는 액체 샘플이 시약에 노출되어 시약과 혼합되는 시약 영역(반응 챔버) 내로 수동 또는 능동 추진의 다른 방법에 의해 미세채널을 통하여 유동한다. 일부 양태들에서, 미세채널들은 예를 들면 미세채널에서 유체의 유동을 지향하기 위한 좁은 통로들을 포함하는 모세관 정지부를 갖는다.
하나의 양태에서, 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들은 샘플 수집 장치용 키트(kit)를 포함하며, 이 키트는 미세유체 분배 장치 및 미세유체 분배 장치 내에서 처리된 유체 샘플을 분석하기 위한 하나 또는 둘 이상의 테스트 장치(test device)들을 포함한다. 미세채널들은 접착이 세포 타입 또는 세포 성분에 대해 조정될 수 있을 때 선택될 수 있다.
다른 양태에서, 본원에서 개시되고 청구된 본 발명의 개념들은 단일의 전혈 샘플을 처리하고 분석하기 위해 미세유체 분배 장치를 사용하는 것에 관련된다. 혈액 샘플은 미세유체 분배 장치의 유입 포트에 공급된다. 상기 샘플은 요청된 분석들을 위해 적절한 샘플 형태들을 생성하도록 상기 장치 상의 영역으로 (일반적으로 능동 유체 공학(active fluidics)에 의해) 보내진다. 처리된 샘플들은 이어서 분석 및 평가를 위해 원하는 테스트 장치들(예를 들면, 테스트 카트리지(test cartridge)들 또는 테스트 카드(test card)들)로 보내진다. 본 발명은 일 실시예에서 능동 유체 공학, 화학물들 및 막들(또는 다른 세포 분리 기술)을 사용함으로써 혈장(들), 전혈, 또는 용혈된 혈액을 생성하도록 전혈 샘플의 원심 분리를 제거한다. 단일 전혈 샘플은 밸브들 및 미세채널들을 통해 적절한 샘플 유형들(처리)을 형성하도록 샘플을 보내고 주문된 분석(들)을 위해 테스트 카트리지(들)에 보내는 미세유체 분배 장치 상에 배치된다. 현재 개시되고 청구된 본 발명의 개념들은 샘플 처리 및 분석 처리량을 촉진한다. 미세유체 분배 장치는 일반적으로 수 개의 테스트 장치들(테스트 카트리지들, 테스트 카드들, 또는 테스트 모듈(test module)들)과 접속하거나 개별 분석물(analyte) 특정 테스트 장치들로 통합될 수 있다. 부가적인 미세유체 분배 장치들은 순차적 처리에서 서로 유체적으로 연결될 수 있다.
본원에서 개시되고 청구됨 본 발명의 개념들은 또한 미세유체 분배 장치들 및 키트 내의 하나 또는 둘 이상의 테스트 장치들 또는 미세유체 분배 장치에 인가된 유체 샘플의 처리 부분을 분석하기 위한 시스템의 용도들과 관련된다. 현재 개시되고 청구된 본 발명의 개념들의 다른 목적들은 아래 제공되는 설명을 읽었을 때 더 명백하게 될 것이다.
당업자가 본 발명의 요지를 만들고 사용하는 것을 돕기 위하여, 실제 축적으로 도시되도록 의도되지 않은 첨부 도면들및 개략도들을 참조하며 이 첨부 도면들 및 개략도들에서 유사한 도면 부호들은 일관성을 위해 유사한 요소들을 지칭하는 것이 의도된다. 명료성을 위해, 모든 도면에서 모든 구성요소에 도면부호가 붙은(labeled) 것은 아니다. 특정 특징들 및 도면들의 특정 뷰(view)가 명료성 및 일관성을 위해 과장되고 축적대로 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 도면은 아래와 같다.
도 1은 본원에서 개시된 본 발명의 개념들에 따라 구성된 미세 유체 분배 장치의 일 실시예의 평면도이다.
도 2는 도 1의 라인(line) 2-2을 따라 취한 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 바와 같은 미세유체 분배 장치를 이용하는 현재 개시되고 청구된 본 발명의 개념들에 따라 구성된 미세유체 분석 시스템의 개략적인 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 바와 같은 미세유체 분배 장치를 채용하는 현재 개시되고 청구된 본 발명의 개념들에 따라 구성된 미세유체 분석 시스템의 다른 실시예의 개략적인 평면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 바와 같은 미세유체 분배 장치를 이용하는 현재 개시되고 청구된 본 발명의 개념들에 따라 구성된 미세유체 분석 시스템의 다른 실시예의 개략적인 평면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 바와 같이 미세유체 분배 장치를 이용하는 현재 개시되고 청구된 본 발명의 개념들에 따라 구성된 미세 유체 분석 시스템의 다른 실시예의 개략적인 측면도이다.
도 7은 현재 개시되고 청구된 본 발명의 개념들에 따라 구성되고 대안적인 미세유체 분배 장치와의 사용을 위한 미세유체 분석 시스템의 다른 실시예의 개략적인 평면도이다.
본원에서 개시된 본 발명의 개념들의 하나 이상의 비 제한적인 실시예를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명의 개념들이 그 적용 분야들에서 아래 설명에서 제시되거나 도면들에서 예시된 구성, 실험들, 예시적 데이터 및/또는 구성요소들의 배열의 세부 사항들로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 개시되고 청구된 본 발명의 개념들은 다른 실시예들일 수 있거나 다양한 방식들로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 본원에서 사용된 어법 및 전문용어는 설명의 목적만을 위한 것이고 본 발명을 제한하는 것으로 특별히 표시되지 않으면 어떠한 방식으로도 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다.
현재 개시된 본 발명의 개념들의 실시예들의 아래의 상세한 설명에서, 다양한 특정 세부사항들은 본 발명의 개념의 더욱 철저한 이해를 제공하기 위하여 제시된다. 그러나, 본 개시물 내의 본 발명의 개념들이 이러한 특정 세부사항들 없이 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백하게 될 것이다. 다른 경우들에서, 주시된 특징들은 본 개시를 불필요하게 복잡하게 하는 것을 회피하기 위해 상세하게 설명되지 않았다.
달리 정의되지 않는 경우, 본원에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들이 관련하는 당업자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 예를 들면, 용어 "복수(plurality)"는 두 개 또는 그 초과(two or more)"를 지칭한다. 단수 형태들 부정 관사("a," "an") 및 정관사("the")는 내용이 명확하게 다르게 표시되지 않으면 복수의 지시 대상물들을 포함한다. 따라서, 예를 들면 "반응 챔버(a reaction chamber)"에 대한 인용은 1개 또는 그 초과, 2개 또는 그 초과, 3개 또는 그 초과, 4개 또는 그 초과 또는 더 많은 개수의 반응 챔버들을 지칭한다. 양, 시간적 기간 등과 같은 측정 가능한 값을 지칭할 때 본원에서 사용되는 용어 "약(about)"은 특정 값으로부터 ± 20% 또는 ± 10%, 또는 ± 5%, 또는 ± 1%, 또는 ± 0.1%의 변화들을 포함하며, 이 같은 변화들은 개시된 방법들을 수행하기에 적절한 것으로서 그리고 당업자에 의해 이해되는 것으로서 의미된다.
또한, 명확히 반대로 서술되지 않는 한, "또는(or)"은 포괄적인 것으로 의도되고 배제적인 것으로 의도되지 않는다. 예를 들면, "A" 또는 "B"는 A 또는 B 중 어느 하나, 또는 A 및 B 둘다를 지칭할 수 있으며, 즉 서술"X는 A 또는 B로 들어 갈 수 있다(X may enter A or B)"는 달리 명시되지 않는 한 X는 A 또는 B, 또는 A 및 B 둘다로 들어갈 수 있는 것을 나타낸다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "시약(reagent)"은 임의의 원소, 화합물, 이온, 또는 분자를 지칭하는데, 이들과 유체 샘플의 임의의 부분, 또는 유체 샘플로부터 유도된 복합물이 예를 들면 검출가능한 신호를 형성하도록 반응할 수 있다. 시약들은 당업자에게 공지된 지표 염료(indicator dye)들, 금속들, 중합체들, 효소들, 단백질들, 펩티드(peptide)들, 핵산들, 뉴클레오티드(nucleotide)들, 당류들, 지질들, 항체들, 전자화학적-반응 물질들, 화학물들, 방사성 원소들 또한 화합물들, 라벨(label)들, 또는 다른 분석물들일 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 시약들은 당 업계에서 공지된 종이들, 막들, 중합체들, 또는 다른 담체(carrier)들과 같은 담체들(기질(substrate)들) 상에 배치되거나 이들에 포함될 수 있다. 시약들은 건식 또느 습식일 수 있다. 두 개 이상의 시약이 담체 상에 배치될 수 있다. 시약들을 포함하는 전형적인 화학적 반응들은 색소 결합(dye binding), 효소(enzymatic), 면역(immunologic), 산화 또는 환원 화학 반응들을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "친화성 시약(affinity reagent)" 및 이의 임의적 변화들은 특정 세포 형태들을 끌어 당겨서 유지하기 위해 사용된 항체들 및 다른 결합 분자( binding molecule)들과 같은 시약들을 포함하도록 의도된다. 당업자들에 의해 이해되는 바와 같이, 친화성 시약은 전형적으로 표면에 부착되거나 하나 또는 둘 이상의 세포들을 표면으로 당겨서 유지할 수 있지만 반드시 필요한 것은 아니다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "검출 시약(detection reagent)" 및 이의 어떠한 변형들도 제 1 분자 또는 세포(예를 들면, 펩타이드, 항체, 핵산, 및 이들의 조합과 같음) 중 하나 또는 둘 이상을 포함하며 제 1 분자는 제 2 목표(target) 분자 또는 세포에 결속되어 이 같은 제 2 목표 분자 또는 세포를 식별하거나 추적한다. 당업자들에 의해 이해되는 바와 같이, 검출 제제는 전형적으로 표면에 부착되지 않지만 표면으로 당겨지지 않지만 반드시 필요한 것은 아니다. 또한, 동일하거나 유사한 분자들은 표면에 부착되지 않을 때 검출 시약으로서 기능할 수 있고 표면에 부착되고 표면 위에 쌓이고 그렇지 않으면 표면과 연결될 때 친화성 시약으로서 기능할 수 있다. 마지막으로, 본원에서 사용된 바와 같이, "일 실시예(one embodiment)" 또는 "실시예(an embodiment)"에 대한 어떠한 참조도 이 실시예와 관련하여 특별한 요소, 특징, 구조, 또는 특성이 하나 이상의 실시예에 포함되는 것을 의미한다. 명세서의 다양한 위치들에서 구 "일 실시예에서(in one embodiment)"의 출현들은 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것이 아니다.
하나 이상의 실시예에서, 미세유체 분배 장치에 사용된 시약은 하나 이상의 냉동 건조된 시약이다. 냉동 건조된 시약은 예를 들면, 소금, 단백질, 및 촉매 중 하나 이상을 포함한다. 냉동 건조된 시약은 임의의 형태로 비드(bead) 또는 반구에 배치되지만 이와 같이 제한되지는 않는다. 조성물(composition)은 이의 사용 까지 실질적인 기밀 환경으로 유지될 수 있다. 특정 실시예에서, 냉동 건조된 시약은 소금(들), 단백질(들) 및/또는 촉매(들)을 포함할 수 있다. 현재 개시되고 청구된 본 발명의 개념(들)에 따라 이용된 냉동 건조된 시약에 존재할 수 있는 조성물들의 예들은 (염화칼슘, 염화리튬, 중탄산나트륨, 구연산나트륨, 아황산나트륨, 및/또는 황산 나트륨과 같은(그러나, 이에 제한되지 않음))나트륨, 칼륨, 칼슘, 및/또는 염소 염들, 글루코오스 옥시다제(glucose oxidase), 글로코스 디하이드로게나제(glucose dehydrogenase), 헥소키나아제(hexokinase), 글로코스 탈수소효소(glucose dehydrogenase), 헥소키나아제(hexokinase), 락테이트 옥시다제(lactate oxidase), 헤모글로빈(hemoglobin), 코발트(cobalt), 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
미세유체 분배 장치는 유체들의 능동 펌핑(active pumping) 및/또는 밸브(valve)들의 개방 및 폐쇄와 같은 장치의 작동의 하나 또는 둘 이상의 양태들을 제어하기 위한 마이크로프로세서 칩(microprocessor chip) 및 소형회로(microcircuitry)가 구비될 수 있다. 마이크로프로세서는 예를 들면 환자, 유체 샘플, 장치 내의 시약들 또는 유체의 분석을 위한 명령들 중 하나 또는 둘 이상을 식별하는 코드(code)로 프로그래밍될 수 있다.
미세유체 분배 장치가 수용할 수 있는 유체 샘플의 용적은 에를 들면 약 10 μL와 약 1200 μL 사이에서 폭넓게 변화될 수 있으며, 보통 약 10 μL 내지 약 40 μL의 범위에 있다. 예를 들면 유체 샘플의 유형 및 유체 샘플이 분리되는 부분들의 개수에 따라, 그 안으로 유체 샘플이 할당되는 샘플 용적들은 변화될 수 있지만 비록 이 같은 샘플들이 시약 당 0.1 μL 내지 200 μL의 범위일 수 있지만 통상적으로 이 같은 샘플들은 시약 당 1 μL 내지 20 μL의 용적들을 갖는다.
미세유체 분배 장치는 비-제한적인 실시예들에서 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리아크릴레이트(polyacrylate)들, 또는 폴리우레탄(polyurethane)과 같은 플라스틱류로 제조될 수 있으며, 대안적으로 또는 이에 부가하여 미세유체 분배 장치는 실리케이트(silicate)들, 및/또는 유리로 제조될 수 있다. 플라스틱에 의한 습기 흡수가 상당한 문제가 되지 않을 때, 바람직하게는 사용된 플라스틱류는 ABS, 아세탈(acetal)들, 아크릴섬유(acrylic)들, 아크릴로니트릴(acrylonitrile), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 에틸 셀룰로오스(ethyl cellulose), 알킬비닐 알콜(alkylvinylalcohol)들, 폴리아릴에테르에톤(polyaryletherketone)들, 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone)들, 폴리에테르케톤(polyetherketone)들, 멜라민 포름알테히드(melamine formaldehyde), 페놀 포름알데히트(phenolic formaldehyde), 폴리아미드(polyamide)들(예를 들면, 나일론 6, 나일론 66, 나일론 12), 폴리아미드-이미드(polyamide-imide), 폴리디시클로펜타디엔(polydicyclopentadiene), 폴리에테르-이미드(polyether-imide)들, 폴리에테르술폰(polyethersulfone)들, 폴리이미드(polyimide)들, 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide)들, 폴리프탈아미드(polyphthalamide), 메틸메타크릴레이트(methylmethacrylate), 폴리우레탄(polyurethane)들, 폴리설폰(polysulfone)들, 폴리에테르설폰(polyethersulfone)들 및 비닐 포말(vinyl formal)을 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 습기 흡수가 우려될 때, 바람직하게는 칩을 제조하기 위해 사용된 플라스틱류는 폴리스티렌(polystyrene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리부틸렌(polybutylene), 에폭시(epoxy)들, 테플론(Teflon)™, PET, PTFE 및 클로로-플루오로에틸렌(chloro-fluoroethylene)들, 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride), PE-TFE, PE-CTFE, 액정 중합체(liquid crystal polymer)달, Mylar®, 폴리에스테르, LDPE, HDPE, 폴리메틸펜틴(polymethylpentene), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리올레핀(polyolefin)들, PVC, 및 염소화 PVC를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
현재 개시되고 청구된 발명의 다양한 구성요소들이 전술된 방식으로 사용자 및/또는 환자에 의해 조립되거나 사용될 수 있는 본원에서 설명된 구성요소들의 다양한 조합들을 포함하는 키트들로서 제공될 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
일 실시예에서, 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들의 시스템의 작동의 원리는 샘플이 샘플 유입 포트로부터 시약 챔버를 통하여 배출 포트를 향하여 유동하는 일방향 친수성 모세관 유동 원리의 사용을 통하여 샘플이 시약 영역(시약 챔버)에 시약을 제공하는 것이다. 미세유체 분배 장치는 유체 샘플의 유동 동안 공기에 개방되는 벤트(vent)를 가질 수 있다. 미세유체 분배 장치는 그 안의 서브샘플(subsample)들의 유동, 정지, 전진, 또는 "역류(backflow)"의 금지를 제어하기 위한 능동 또는 수동 밸브들을 가질 수 있다(예를 들면 아래에서 설명된 바와 같이).
본원에서 설명되고 그리고 첨부된 도면에서 도시된 것은 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들에 따른 유체 샘플을 분석하기 위해 사용될 수 있는 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들의 미세유체 분배 장치들 및 샘플 분석 시스템들의 의 수 개의 비-제한적인 실시예들이다. 유체 샘플은 일반적으로 생물학적 소스(biological source)로부터 이다. "액체(liquid)"는 고정된 형상을 갖지 않지만 실질적으로 고정된 용적을 갖는 유체 상태에 있는 임의의 물질을 지칭한다.
현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들의 미세유체 분배 장치들은 전형적으로 현장에서 이전의 작업자들에 의해 사용되었던 채널들보다 더 작은 채널들(본원에서 미세채널들 또는 미세도관들로서 지칭됨)을 사용한다. 특히, 현재 청구되고 개시된 발명의 개념(들)에서 사용된 미세채널들(미세도관(microconduit)들)은 전형적으로 약 10 μm 내지 500 μm와 같은 약 5 μm 내지 1000 μm의 범위의 폭들을 가지는 반면, 채널들은 전형적으로 유체들을 이동시키기 위해 모세관 힘이 사용될 때 다른 것들에 의해 사용된 것보다 10배 더 크다. 미세채널들의 깊이들은 전형적으로 5 μm 내지 100 μm의 범위에 있다. 분석될 샘플에서 성분들을 여과하기 위해 더 작은 채널들을 사용하고자 하는 경우가 아니면, 미세채널들을 위한 최소 크기는 일반적으로 약 5 μm이다. 미세채널들을 처리함으로써 미세채널들 내의 샘플들의 이동을 제어하는 것이 또한 가능하여 유체 이동을 원하는지 원하지 않는지에 따라 친수성 또는 소수성 중 어느 하나가 된다. 이동에 대한 저항은 압력 차에 의해, 예를 들면 펌핑, 진공, 전기 침투, 가열, 또는 부가 모세관 힘을 인가함으로써 극복될 수 있다. 결과적으로, 액체는 수행될 분석에 대해 요구된 바와 같이 장치의 하나의 영역으로부터 다른 영역으로 이동할 수 있다.
또한 본원에서 "칩(chip)들" 또는 미세유체 칩(microfluidic chip)들"로서 지칭되는 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들의 미세유체 분배 장치들은 일반적으로 작고 납작하며(flat), 전형적으로 약 0.5 내지 2 제곱 인치(12.5 내지 50 mm2) 이지만 이에 제한되지 않으며, 또는 약 15 내지 60 mm의 반경(이에 제한되지 않음)을 갖는 디스크(disk)들이다. 특별한 미세유체 회로 내로 도입되어 할당된 유체 샘플의 용적은 소형일 것이다. 비제한적인 예에 의해, 비록 시료의 총 용적이 10 내지 200 μL의 범위에 있을 수 있지만, 샘플은 전형적으로 각각의 분석을 위해 약 0.1 내지 10 μL만을 포함할 것이다. 일 실시예에서, 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들의 미세유체 분배 장치는 정사각형 또는 직사각형 스트립(strip) 또는 카드 또는 디스크를 포함한다. 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들에서 사용된 미세유체 분배 장치들(칩들)은 일반적으로 단일 사용 후 폐기 가능하게 되는 것으로 의도된다. 일반적으로, 폐기가능한 칩들은 분석되어야 하는 샘플들 및 시약들과 호환되면서 일반적으로 가능한 정도로 비싸지 않은 재료들로 제조될 수 있다.
본원에서 설명된 미세유체 분배 장치들의 미세채널들은 전형적으로 친수성이고 친수성은 일 실시예에서 액체 샘플 또는 시약에 의해 고체 표면에 형성된 접촉 각도에 대해 정의된다. 전형적으로, 표면은 접촉 각도가 90°미만인 경우 친수성으로 고려되며 접촉 각도가 90°를 초과하는 경우 소수성으로 고려된다. 통로의 표면에서 플라즈마 유도 중합이 수행될 수 있다. 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들의 미세유체 분배 장치들은 또한 친수성 또는 소수성 재료들로의 코팅, 이식(grafting), 또는 코로나(corona) 처리들과 같은 모세관(미세채널) 벽들의 표면 에너지를 제어하기 위해 사용된 다른 방법들로 제조될 수 있다. 모세관 벽들의 표면 에너지는 즉 의도된 샘플 유체와 함께 사용하기 위해 친수성 또는 소수성의 정도를 조정할 수 있어 예를 들면 소수성 통로의 벽 상에 쌓이는 것을 방지하거나 액체가 통로 내에 전혀 남아 있지 않은 것을 보장한다. 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들에서 대부분의 통로들에 대해, 표면은 일반적으로 친수성인데, 이는 액체가 표면을 젖게 하는 경향이 있고 표면 인장력이 액체를 통로 내에서 유동시키기 때문이다. 예를 들면, 모세관 통로들의 표면 에너지는 공지된 방법들에 의해 조정될 수 있어 통로가 전혈과 접촉될 때 물의 접촉 각도가 10°내지 60°가 되거나 통로가 소변과 접촉할 때 접촉 각도가 25°내지 80°가 된다.
일 실시예에서, 미세채널들을 통한 액체들의 이동은 모세관 정지부들에 의해 제어되거나 지향될 수 있으며, 이 모세관 정지부(capillary stop)들은 이름에서 나타나는 바와 같이, 액체가 모세관 힘들의 변화에 의해 모세관을 통하여 유동하는 것을 중단시킨다. 예를 들면, 더 좁은 모세관 폭은 덜 좁은 모세관보다 더 강한 중단 세기를 가질 수 있으며, 이에 의해 유체가 더 좁은 모세관을 통한 이동보다 덜 좁은 모세관을 통한 이동을 선호하게 한다. 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들의 장치들에서의 유체 유동은 비록 일부 실시예들에서 유동이 본원에서 논의된 바와 같은 자동 펌프들과 같은 다른 외부 또는 능동 힘들에 의해 시작되거나 재시작될 수 있지만 대기압에 의해 구동된 모세관 힘들에 의해 시작될 수 있다. 이에 따라, 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들의 바람직한 실시예들에서 요구되지 않지만, 일부 경우돌에서 액체가 분석을 용이하게 하도록 모세관 통로들을 통하여 유동하지만 힘을 계속해서 인가하는 것이 편리할 수 있다.
유체 샘플이 수 개의 방식들로 미세유체 분배 장치 내로 도입될 수 있기 때문에, 샘플 유입 포트에서의 개구의 실제 형상이 변화될 것이다. 개구의 형상은 수 개의 형상들이 만족될 수 있기 때문에, 성능에 중요한 것으로 고려되지 않는다. 예를 들면, 개구의 형상은 단지 그 안에 샘플이 배치되는 원형 개구일 수 있다. 대안적으로, 개구는 샘플이 쌓이는 피펫(pipette), 모세관 또는 배출구(outlet)의 대응하는 형상과 맞물리도록 테이퍼질 수 있다(tapered). 이 같은 포트들은 포트가 주사기 또는 피펫과 같은, 샘플 유체를 유지하는 장치에 의해 맞물릴 때까지 미세유체 칩으로 아무것도 들어갈 수 없도록 밀봉 폐쇄될 수 있다. 담체 유형에 다라, 샘플은 플런저가 샘플을 유입 포트 내로 강제로 밀어넣기 위해 사용될 때 양의 압력에 의해 도입될 수 있다. 대안적으로, 샘플은 단지 유입 포트의 개구에 배치될 수 있고 모세관 작용이 사용될 수 있고 대기 압력이 샘플을 미세유체 분배 장치 내로 당기거나 밀어넣을 수 있다. 그러나, 교차-오염(cross-contamination)이 발생할 수 있기 때문에 과도한 샘플은 바람직하게는 표면 상에 놓이지 않는다. 또한, 대안적인 실시예들에서, 샘플은 유입 포트의 개구에 배치될 수 있고 진공이 샘플을 미세유체 칩 내로 당기기 위해 사용될 수있다. 이미 논의된 바와 같이, 개구가 작을 때, 충분한 모세관 힘들이 통로 벽들과 액체의 표면 인장의 상호작용에 의해 생성된다. 전형적으로, 생물학적 샘플들은 물을 포함하고 유입 포트의 벽들 및 관련된 통로들은 친수성일 수 있어 샘플이 심지어 부가된 압력의 부재시 조차 미세유체 칩 내로 취입될 것이다.
특정 실시예들에서 미세유체 분배 장치는 혈장으로부터 세포 성분들을 분리하기 위한 메커니즘들 또는 수단들을 포함한다. 예를 들면, 분리 영역은 혈장으로부터 적혈구들을 분리하기 위한 막들 또는 유리 섬유들을 포함할 수 있는데, 막들 및 유리 섬유들이 혈장의 분석을 방해하지 않도록 한다. 하나 또는 둘 이상의 항응혈제(예를 들면, 헤파린, EDTA, 수산염(oxalate)들, 구연산 나트륨(sodium citrate), 덱스트로스 구연산(acid citrate dextrose), 플루오르화 나트륨(sodium fluoride)/칼륨-옥살레이트(potassium-oxalate))는 미세채널, 시약 영역 또는 응고를 방지하는 그 밖의 장소에 포함될 수 있으며, 용혈성 시약들은 세포들의 용해를 유발하기 위해 포함될 수 있다.
미세유체 분배 장치의 챔버들 또는 미세채널들 중 어느 하나는 시약 또는 미세채널에 또는 시약 영역에 배치되는 다른 제제와 액체 샘플의 균일한 접촉 및 혼합을 보장하기 위해 사용되는 본 기술분야에서 공지된 미세구조를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서 시약들은 다공성 지지부상에 코팅되어 건조되는 액체이다. 예를 들면, 미세구조물들은 시약 영역에 배치되는 포스트(post)들의 어레이(aray)를 포함할 수 있어, 액체 샘플이 비선형, 비지향적인 방향으로 유입 포트로부터 통과하여야 한다. 액체가 포스트들의 어레이를 통과하여 지나갈 때 액체는 일정하게 방향을 변경하도록 강제된다. 포스트들 각각은 예를 들면 미국 특허 제 6,296,126호에서 논의된 바와 같이 액체의 이동을 용이하게 하는 하나 또는 둘 이상의 웨지형 컷아웃(one or more wedge-shaped cutout)들을 포함할 수 있다.
유용한 다른 유형들의 미세구조물들은 당업자들에게 공지되었으며 원들, 별들, 삼각형들, 정사각형들, 오각형을, 팔각형들, 육각형들, 칠각형들, 타원들, 십자가형상들, 또는 직사각형들 또는 이들의 조합들일 수 있는 횡단면 형상들을 갖는 3차원 포스트 형상들을 포함할 수 있다(그러나, 이에 제한되지 않음). 플래토(plateau) 상에 시약들까지 이어지는 램프(ramp)와 같은 2차원 형상들을 구비한 미세구조물들이 또한 유용할 수 있다.
현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들의 미세유체 분배 장치들은 다수의 적용 분야들을 갖는다. 분석들은 유체들이거나 유동화되는 생물학적 기원의 많은 유체들의 샘플들을 수행할 수 있으며 이 샘플들은 혈액, 혈장, 혈청, 소변, 방광 세척, 침, 가래, 척수액, 장액, 복강 액, 음식, 낭포성 유체(cystic fluid)들, 복수들, 땀들, 눈물들, 대변들, 정액, 젖꼭지 흡인물(nipple aspirate)들, 및 고름을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 전술된 바와 같이, 혈액이 특히 중요하다. 또한, 우유, 쥬스들, 와인들, 맥주, 및 술들과 같은 생물학적 유체들이 처리되는 것이 포함된다. 물과 같은 비 생물학적 기원의 또는 오염될 수 있는 유체들도 또한 포함된다. 테스트될 유체의 샘플은 미세유체 분배 장치의 유입 포트에 쌓여서 후속적으로 그 안에서 시약과 반응하고 반응 후 분석될 복수의 반응 챔버들(시약 영역들) 내로 분배되는 수 개의 서브샘플들로 할당된다. 여기서 분석된 생물학적 샘플들은 사람 또는 임의의 다른 포유 동물, 새, 물고기, 파충류들, 양서류들, 곤충들, 갑각류들, 해양 동물들, 식물들, 균류, 및 미생물들을 포함하는 임의의 생물학적 샘플로부터 얻어 질 수 있다. 반응된 샘플은 관심있는 물질 또는 분석물에 대해 분석될 것이다.
유체 샘플은 대장균(E. coli ), 슈도마나스 속( Pseudomonas sp .), H. 파이로 리(H. pylori), 연쇄상구균 sp .(Streptococcus sp .), 클라미디아( Chlamydia ) 및 단핵구증의 병원균(mononucleosis pathogen)들과 같은 오염 미생물에 대해 분석될 수 있다. 검출될 수 있는 금속은 철, 망간, 나트륨, 칼륨, 리튬, 칼슘, 마그네슘 등을 포함한다.
다수의 적용 분야들에서, 시약들과 샘플 유체의 반응에 의해 개발되고 당업자에게 공지된 분석기들에 의해 측정되거나 탐지될 수 있는 색상, 광 또는 파장 방출을 측정하는 것이 바람직하다. 또한 칩 내의 소형 웰(small well)들내에 위치된 전극들을 사용하여, 샘플의 전기적 측정을 하는 것이 가능하다. 이 같은 분석들의 예들은 전류측정, 임피던스측정(impedance ) 또는 전위차 측정(potentimetric) 검출 방법들을 기초로 한 전자화학적 신호 변환기들을 포함한다. 예들은 산화및 환원의 화학적 반응의 검출 및 결합 이벤트(binding event)들의 검출을 포함한다.
생물학적, 화학적, 또는 생화학적 분석들의 분야에서 사용된 사실상 어떠한 시약도 현재 청구되고 개시된 발명의 개념들의 미세유체적 분배 장치들에서 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 시약들은 변화들을 겪을 수 있으며 이에 의해 발생된 신호의 강도, 특성, 주파수, 또는 유형은 임상 시료에서 측정된 미세구조의 농도에 비례한다. 이러한 시약들은 담체(또한 여기서 시약 기질들로서 지칭됨) 상에 배치되는 표시 염료들, 금속들, 효소들, 중합체들, 항체들, 전기 화학적 반응 성분들 및 다양한 다른 화학물들을 포함할 수 있다. 종종 사용된 담체들은 종종 종이들, 막들, 또는 다양한 샘플 흡수 및 운반 특성들을 갖는 중합체들이다. 사용될 때 액체 시약들은 바람직하게는 장치를 통한 물의 이동을 방지하는 방벽 재료들에 의해 격리되고, 이에 따라 증산 또는 증발을 통한 농도의 변화들을 회피화고 습기가 건조 시약들에 도달하는 것을 방지한다.
액체 샘플에서 분석물을 검출 및 측정하는 임의의 방법은 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들의 미세유체 장치들에서 사용될 수 있다. 분석물들을 검출하기 위한 다양한 분석물들은 당 업계에서 주지되어 있으며 예를 들면 효소 억제 분석(enzyme inhibition assay)들, 항체 얼룩(antibody stain)들, 라텍스 응집(latex agglutination), 및 면역 분석(immunoassay)들, 예를 들면 방사선 면역 분석(radioimmunoassay)을 포함한다. 본원에서 용어 "항체(antibody)"는 가장 넓은 의미로 사용되고 예를 들면 무결 단클론 항체들(intact monoclonal antibodies), 다클론 항체들(polyclonal antibodies), 다중 특이성 항체들(multispecific antibodies)(예를 들면, 이중 특이성 항체들(bispecific antibodies)), 및 원하는 생물학적 활성(biological activity)(예를 들면, 항원-결합)을 보여주는 항체 조각(antibody fragment)들을 지칭한다. 항체는 임의의 유형 또는 클래스(class)(예를 들면, IgG, IgE, IgM, IgD, 및 IgA) 또는 서브-클래스(sub-class)(예를 들면, IgG1, IgG2, IgG3, IgG4, IgA1 및 IgA2)일 수 있다.
방사선 면역 분석 및 효소-링크식 면역 분석(enzyme-linked immunoassay)을 포함하는 지적된 바와 같이 면역 분석들은 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들의 방법들에서 유용하다. 예를 들면 경쟁적 및 비-경쟁적 면역 분석 포맷들, 항원 포획 분석들 및 두 개의 항체 샌드위치 분석들을 포함하는 다양한 명역 분석 포맷(immunoassay format)들은 본 발명의 방법들에서 사용될 수 있다. 효소-링크식 면역 흡착 분석(ELISA)들은 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들에서 사용될 수 있다. 효소 면역 분석의 경우에서, 효소는 일반적으로 글루타르알데히드(glutaraldehyde) 또는 과옥소산염(periodate)에 의해 전형적으로 제 2 항체에 결합될 수 있다. 그러나, 용이하게 이해될 수 있는 바와 같이, 당업자가 용이하게 이용할 수 있는 매우 다양하고 상이한 결합 기법들이 존재한다.
특정 실시예들에서, 분석물들은 화학 발광 검출(chemiluminescent detection)을 사용하여 검출되고 측정된다. 예를 들면, 특정 실시예들에서, 분석물-특정 항체들은 생물학적 샘플 내에 존재하는 분석물을 포획하기 위해 사용되며 특정 항체들에 대해 특정적이고 화학 발광 라벨(chemiluminescent label)로 라벨링된 항체는 샘플 내에 존재하는 분석물을 검출하기 위해 사용된다. 임의의 화학 발광 라벨 및 검출 시스템은 현 장치 및 방법에서 사용될 수 있다. 화학 발광 2차 항체들(Chemiluminescent secondary antibodies)은 다양한 소스(source)들로부터 상업적으로 얻어질 수 있다. 화학 발광 2차 항체들을 검출하는 방법들은 본 기술분야에서 공지되며 여기서 상세하게 추가로 논의되지 않는다.
본원에서 설명된 미세유체 분배 장치들의 사용 동안 수행될 수 있는 분석들의 예들은 혈액 가스(blood gas)들, 응고 인자들, 면역원들, 박테리아(bacteria), 및 단백질을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 일 실시예에서, 테스트 장치로 검출될 수 있는 분석들은 예를 들면 분석물-특정 항체 및 비오틴 항체(biotinylated antibody)를 기반으로 하는 샌드위치 분석(Sandwich Assay)들의 사용을 포함하는 "발광 O2 채널 분석(luminescent O2 channel assay)"(LOCI®)이며, 여기서 특정 파장들은 유체 서브샘플에 의해 발생되고 테스트 장치에 의해 검출된다. 분석 방법을 위한 시약 구성들은 예를 들면 항원 또는 항체를 기초로 한 샌드위치 포맷들, 경쟁 포맷(Competitive Format), 또는 연장된 링커를 구비한 샌드위치 포맷(Sandwich Format with Extended Linker)을 포함하고 면역들, 전염병 검사, 및 DNA 검사에서 사용될 수 있다. 측정될 수 있는 특정 혈액 화학물들은 TSH, 유리(free) T4, 유리 T3, 총 PSA, 유리 PSA, AFP, CEA, CA15.3, CA 19-9, CA 125, 심장 트로핀-I(Cardiac Troponin-I), NT-프로(pro) BNP, 미오글로빈(myoglobin), 매스(mass) CKMB(MMB), BNP, 페리틴(Ferritin), 비타민 B12, 엽산, 총 B-HCG, FSH, LH, 프로락틴(prolactin), 에스트라 디올(estradiol), 데스토스테론(testosterone), 프로게스테론(progesterone), 및 디곡신(digoxin) 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
형광 검출은 또한 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들에서 분석물을 검출하기에 유용할 수 있다. 유용한 형광 색소는 DAPI, 형광(fluorescein), 란탄족 금속들(lanthanide metals), 훽스트(Hoechst) 33258, R-피코시아닌(R-phycocyanin), B-피코에리트린(B-phycoerythrin), R-피코에리트린(R-phycocyanin), 로다민(rhodamine), 렉사스 레드(Texas red) 및 리사민(lissamine)을 포함하며, 이에 제한되지 않는다. 형광 화합물들은 이들의 결합 용량(binding capacity)을 변경하지 않고 항체들에 화학적으로 커플링될 수 있다. 특별한 파장의 빛을 조사하여 활성화될 때, 형광-라벨링 항체는 광 에너지를 흡수하여, 분자의 여자 상태(state of excitability in the molecule)를 유도하며 이 다음에 광학 현미경으로 시각적으로 검출 가능한 특성 색상에서 광이 방출된다. 방사선 면역 분석(RIA; Radioimmunoassay)들은 본 발명의 특정 방법들에서 유용할 수 있다. 이 같은 분석들은 기술 분야에 주지되어 있다. 방사선 면역 분석은 예를 들면, 125I-라벨된 1차 또는 2차 항체(125I-labeled primary or secondary antibody)에 의해 수행될 수 있다.
분석물이 제 1 반응 챔버에서 시약과 반응되고 이어서 반응된 시약 또는 샘플이 추가 반응을 위해 제 2 반응 챔버로 향하는 분리 단계들이 가능하다. 게다가, 시약은 제 1 반응 챔버에서 재-부유될 수 있고 반응을 위해 제 2 반응 챔버로 이동된다. 분석물 또는 시약은 제 1 또는 제 2 챔버에서 그리고 프리 버서스 바운드 시약(free versus bound reagent)으로 이루어진 측정으로 포획될 수 있다. 프리 버서스 바운드 시약의 측정은 멀티 존 면역 분석(multizone immunoassay) 및 핵산 분석들에 특히 유용하다. 이러한 장치에 적용될 수 있는 멀티존 면역 분석의 다양한 유형들이 있다. 면역 크로마토그래피 분석(immunochromatography assay)들의 적용의 경우에서, 시약 필터(reagent filter)들은 별도의 웰(separate well)들로 배치되고 크로마토그래픽 힘들이 작용하지 않을 때 물리적으로 접촉되지 않아야 한다. 면역 분석들 또는 DNA 분석은 그램 음성 종(Gram negative species)(예를 들면,대장균(E. coli) , 엔테로박터( Enterbacter ), 슈도마나스 속(Pseudomonas), 클레브시엘라 ( Klebsiella)) 및 그램 양성 종(Gram positive species)(예를 들면, 황색 포도상구균(Staphylococcus aureus ), 장구균(Enterococcus))과 같은 박테리아의 검출을 위해 개발되었다. 면역 분석들은 알부민(albumin), 헤모글로빈(hemoglobin), 미오글로블린(myoglobulin), α-1-마이크로글로블린(α-1-microglobulin), 면역 글로블린myoglobulin, 효소, 당 단백질, 단백질 가수 분해 효소 억제제, 약물과 시토킨(cytokines)과 같은 단백질들 및 펩티드들의 전체 패널(complete panel)을 위해 개발되었다. 상기 장치는 백혈구(leukocytes), 아질산염, 유로빌리노젠(urobilinogen), 단백질, 알부민, 크레아티닌(creatinine), 우리스타틴(uristatin), 옥살산칼슘, 미오글로빈, pH, 혈액, 비중, 케톤(ketone), 빌리루빈(bilirubin) 및 글루코오스(glucose)를 포함하는(그러나, 이에 제한되지 않음) 소변 내의 하나 또는 둘 이상의 성분들에 대한 소변의 분석 또는 이의 양태들에서 사용될 수 있다.
지금부터 도면들 그리고 더 상세하게는 도 1 및 도 2를 참조하면, 본원에서 개시되고 청구된 본 발명의 개념들에 따라 구성된 미세유체 분배 장치(10)의 예시적인 실시예들이 여기에 도시되어 있다. 미세유체 분배 장치(10)는 기부 부분(12) 및 덮개 또는 상부 커버(top cover; 14)를 포함한다. 기부 부분(12)은 저부(16), 주변을 형성하는 외주 에지(outer peripheral edge; 18) 및 출구 포트 에지(exit port edge; 20)를 갖는다. 미세유체 분배 장치(10) 내로 형성된 것은 미세유체 채널 시스템(22)이다. 미세유체 채널 시스템(22)은 미세유체 분배 장치(10)와 맞물리는 유체 용기(도시안됨)로부터 유체 샘플을 수용하기 위한 기부(12) 내에 유체 샘플 유입 포트(24)를 갖는다.
미세유체 분배 장치(10)는 "칩(chip)"으로서 지칭될 수 있다. 미세유체 분배 장치(10)는 일반적으로 작고 납작하며, 본원의 다른 곳에서 논의된 바와 같은 형상 및 크기들을 갖는다. 미세유체 분배 장치(10)는 직사각형 형상을 갖는 것으로서 도시되지만, 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들의 미세유체 분배 장치들의 형상들이 원형, 직사각형, 사다리꼴, 불규칙형, 계란형, 별형, 또는 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들에 따라 기능하기 위해 본원의 미세유체 통로들을 허용하는 임의의 다른 기하학적 형상(그러나, 이에 제한되지 않음)을 포함하는 것이 이해될 것이다. 예를 들면, 사출 성형, 레이저 절제(laser ablation), 다이아몬드 밀링(diamond milling), 엠보싱(embossing), 및 이들의 조합(그러나, 이로 제한되지 않음)과 같은 미세유체 채널 시스템(22)의 다양한 구성요소들이 기부 부분(12)에 형성될 수 있는 수 개의 방식들이 있다는 것이 이해될 것이다.
상부 커버(14)는 기부(12)의 유체 샘플 유입 포트(24) 위의 취약한 개구 또는 영역을 갖는다. 상부 커버(14)는 유체 샘플이 미세유체 채널 시스템(22)을 통과할 때 유체 샘플의 영상화 및 관측을 허용하도록 투명할 수 있다. 예를 들면, 실질적으로 유체-불투과성 연결이 미세유체 분배 장치(10)의 기부 부분(12)과 상부 커버(14) 사이에 형성된 경우, 상부 커버(14)는 몰딩(molding), 초음파 용접, 고주파 용접(radiofrequency welding), 접합, 글루잉(gluing), 양면 접착 테이프들, 및 이들의 조합에 의한 것과 같은 임의의 적합한 방식으로 기부 부분(12)에 (영구적으로 또는 분리 가능하게) 고정될 수 있다.
미세유체 분배 장치(10)는 의도된 용도에 따라 재생가능하거나 폐기가능할 수 있다. 일 실시예에서, 미세유체 분배 장치(10)는 단일 사용후 폐기될 수 있다. 미세유체 분배 장치(10)는 분석되어야 하는 샘플들 및 시약들과 호환되면서 일반적으로 가능한 정도로 비싸지 않은 재료들로 제조될 수 있다. 예로서, 미세유체 분배 장치(10)는 플리카보네이트, 플리스티렌, 폴리아크릴레이트, 또는 폴리아레탄과 같은 플라스틱류 또는 실리케이트, 실리콘, 세라믹, 유리, 왁스, 수지, 금속, 및 이들의 조합물(그러나, 이 같은 재료들로 제한되지 않음)과 같은 다른 재료들로 제조될 수 있다. 사용될 수 있는 다른 재료들은 본원의 다른 곳에서 설명된다.
도 1 및 도 2에 도시된 현재 개시되고 청구된 본 발명의 개념들의 비 제한적인 실시예에서, 미세유체 채널 시스템(22)은 그 안으로 유체 샘플들이 도입되어 분석되는 복수의 미세채널들을 포함한다. 도 1a 및 도 1b의 미세유체 채널 시스템(22)은 미세채널(26), 제 2 미세채널(28), 제 3 미세채널(30), 및 제 4 미세채널(32)을 포함한다. 제 1 미세채널(26)은 예를 들면 혈액 샘플을 용혈시키고 용혈물을 분석하기 위해 사용되는 것이 의도된다. 제 2 미세채널(28)은 예를 들면 전혈 샘플을 분석하기 위해 사용되는 것이 의도된다. 제 3 미세채널(30)은 대안적인 분석을 위해 사용될 수 있다. 미세유체 채널 시스템(22)은 미세유체 분배 장치(10)에 인가된 혈액 샘플의 서브샘플들을 처리하는 복수의 서브미세채널(submicrochannel; 34, 36, 38, 40, 및 42)들을 포함하는 제 4 미세채널(32)을 더 포함한다. 현재 개시되고 청구된 본 발명의 개념(들)의 미세유체 분배 장치의 다른 실시예들에서, 장치는 한 개, 두 개, 세 개, 다섯 개, 여섯 개, 일곱 개, 여덟 개, 아홉 개, 또는 열 개 또는 11개 이상의 미세채널들과 같은 4개 미만 또는 4개 초과의 미세채널들 및 0개, 두 개, 세 개, 또는 네 개, 또는 다섯 개 이상 또는 이들의 임의의 조합과 같은 서브미세채널들을 포함하는 하나 미만 또는 하나 초과의 미세채널들을 포함할 수 있다. 미세채널(26, 28, 30, 및 32)들 각각은 유체 샘플 유입 포트(24)에 연결되어 이와 유체 연통하는 처리 샘플 할당 채널(44a, 44b, 44c, 및 44d)들을 각각 갖는다. 더욱 상세하게는, 처리 샘플 할당 채널(44a 내지 44d)들은 유체 샘플 유입 포트(24) 내로 도입되는 유체 샘플의 부분들을 수용한다. 다른 실시예들에서, 각각의 미세채널(26, 28, 30, 및 32)은 이의 자체 유체 샘플 유입 포트에 공급될 수 있다.
미세채널(26, 28, 및 30)들과 관련하여, 처리 샘플 할당 채널(44a 내지 44c)에 의해 수용된 유체 샘플의 부분들은 각각 미세채널(26 내지 30)들의 밸브(46a 내지 46c)에 전달된다. 이어서, 밸브(46a 내지 46c)들은 밸브 출구 채널(valve exit channel; 48a 내지 48c)들과 유체 연통하고 밸브 출구 채널들은 이어서 시약 영역(50a 내지 50c)들에 연결되어 유체 연통한다. 밸브(46a 내지 46c)들은 샘플이 밸브들을 통과한 후 샘플의 역류를 방지하도록 구성될 수 있다. 여기서 사용된 바와 같이, "밸브(valve)"는 유동 채널, 용매 또는 시약 저장소들, 반응 챔버, 컬럼(column)들, 매니폴드(manifold), 온도 제어 요소들 및 장치들, 등 사이의 유동을 포함하여, 미세유체 장치의 다양한 구성요소들 사이 및 그 중에서 유체, 가스 또는 용액 유동을 제어 또는 조절하도록 제어 또는 작동될 수 있는 장치를 의미한다. 예로서, 제한하지 않는 것으로서, 이 같은 밸브들은 기계적(또는 미세기계적 밸브(micromechanical valve)들), (압력 작동식(pressure activated)) 탄성 밸브(elastomeric valve)들, 공기압 밸브들, 및 고체 상태 밸브들을 포함할 수 이Te다. 이 같은 밸브들 및 밸브들의 제조 방법의 예들은 예를 들면, 신세대 미세밸브(The New Generation of Microvalve)들" 분석 화학, Felton, 429-432 (2003년)에서 찾아볼 수 있다.
밸브(46a 내지 46c)에 의해 수용된 유체 샘플 부분들은 이에 따라 밸브 출구 채널(48a 내지 48c)를 통하여 시약 영역(50a 내지 50c)들로 각각 통과하며, 여기서 유체 샘플들의 부분들은 시약 영역(50a 내지 50c)들 내의 하나 또는 둘 이상의 시약들과 반응한다. 상기 장치의 단일 시약 영역은 다수의 시약들을 포함할 수 있다. 각각의 시약 영역(50a 내지 50c)은 일반적으로 그 안으로 유동하는 유체 샘플과 반응하는 하나 또는 둘 이상의 시약들을 포함한다. 시약과 유체 샘플 부분과의 혼합은 또한 시약 영역에서 발생할 수 있다. 여기서 사용된 바와 같은, 용어 "시약 영역(reagent area)"은 시약을 포함하는 두 개 이상의 별도의 챔버를 지칭할 수 있다. 예를 들면, 시약 영역은 두 개의 별개의 시약 서브-챔버(two separate reagent sub-chamber)들을 포함할 수 있어 유체 샘플이 제 1 시약 서브-챔버로 유입되고 여기에서 유체 샘플은 제 1 시약과 반응한 다음 제 2 시약 서브-챔버로 통과하고 여기서 반응된 유체 샘플이 제 2 시약 서브-챔버 내의 제 2 시약과 추가로 반응한다. 유체 샘플들이 시약 영역(50a 내지 50c)들에서 반응된 후, 유체 샘플들은 시약 영역 출구 채널(52a 내지 52c) 내로 각각 통과한다. 이러한 시약 영역 출구 채널(52a 내지 52c)들은 각각 계량 영역(metering area; 54a 내지 54c)들에 연결되어 유체 연통한다. 유체 샘플들은 계량 영역(54a 내지 54c)로 통과하고 여기서 유체 샘플의 특별히 측정된 부분들은 출력 채널(56a 내지 56c)들 내로 각각 통과하고 출구 포트(58a 내지 58c)들을 통하여 각각 외부로 통과하며, 여기서 반응되고 계량된 유체 샘플들은 테스트 장치(도 3 내지 도 7)들로 전달될 수 있고, 이 테스트 장치들은 출구 포트(58a 내지 58c)들을 통하여 배출된 반응 유체 샘플들을 분석할 수 있다. 각각의 출구 채널(56a 내지 56c)은 선택적으로 각각 대응하는 출력 채널(56a 내지 56c)이 폐쇄되는 것을 가능하게 하기 위한 폐쇄 밸브(closure valve; 57a 내지 57c)를 포함한다. 예를 들면, 폐쇄 밸브(57a 내지 57c)들은 샘플들이 미세유체 분배 장치(10)에서 처리된 후 그러나 상기 장치(10)가 처리된 샘플을 분석하기 위해 테스트 장치에 부착되지 전에 출력 채널(56a 내지 56c)들을 폐쇄하기 위해 작동될 수 있다. 본원의 다른 곳에서 논의된 바와 같이, 시약 영역(50a 내지 50c)들 내의 시약들은 기질 상 또는 기질 내 또는 시약 영역(50a 내지 50c)의 내부 표면 상에 배치될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 시약들은 할당 채널(44a 내지 44c), 밸브 출구 채널(48a 내지 48c)들, 시약 영역 출구 채널(52a 내지 52c)들, 및 출구 채널(56a 내지 56c)들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 표면 상에 증착될 수 있고, 여기서 이 같은 시약은 분석 경로를 통과하는 혈액 샘플의 응고를 방지하도록 항응혈제를 제공하도록 현재 개시되고 청구된 본 발명의 개념들에 따라 유용한 목적을 제공한다. 시약 영역(50a)은 시약 영역(50a)이 별개의 독립체로서 존재하거나 존재하지 않을 수 있는 것을 나타내기 위해 점선으로 도시된다.
할당 채널(44d)에 의해 수신된 유체 샘플의 부분은 미세채널(32)의 서브미세채널(34 내지 42) 내로 유체의 추가 할당 및 분배를 위한 밸브(60)로 전달된다(할당 채널(44d)은 또한 여기서 주 미세채널(main microchannel)로서 지칭될 수 있다). 더욱 상세하게는, 도 1 및 도 2의 실시예에서, 상술된 바와 같이, 미세채널(32)은 밸브(60)에 의해 유지되는 유체 채널의 서브샘플들을 처리하기 위한 5개의 서브미세채널(34 내지 42)들을 갖는다. 각각의 서브미세채널(34 내지 42)는 대응하는 서브할당 채널(subapportionment channel; 62a 내지 62e)로 각각 시작하며, 이는 밸브(60)로부터 연장하여 이 밸브와 유체 연통하고 대응하는 밸브(64a 내지 64e)에 연결되어 이와 유체 연통하며, 이 대응 밸브는 대응하는 밸브 출구 채널(66a 내지 66e) 각각을 통해 대응하는 시약 영역(68a 내지 68e)으로의 서브샘플의 유동을 제어한다(특히 역류를 억제함).
시약 영역(68a 내지 68e)들은 전술된 시약 영역(50a 내지 50c)들과 그 특성이 유사하지만 일반적으로 상이한 시약들을 포함한다. 예를 들면, 도 1 및 도 2의 실시예에서, 시약 영역(68a 내지 68e)들 내의 시약들은 EDTA, NaF,헤파린, 옥살산, 구연산 또는 혈액 또는 혈장 분석 분야의 당업자에 의해 공지된 임의의 다른 물질과 같은 항응혈제일 수 있다. 일단 대응하는 시약으로 처리된, 각각의 유체 서브샘플은 시약 영역 출구 채널(70a 내지 70e)을 통해 세포(예를 들면, 혈구) 분리 영역(72a 내지 72e)으로 각각 전달되며, 시약 영역 출구 채널은 대응하는 시약 영역(68a 내지 68e) 및 각각의 세포 분리 영역(72a 내지 72e)과 유체 연통한다. 세포 분리 영역(72a 내지 72e)에서, 세포들은 테스트 장치에 의해 정화된 유체(예를 들면, 플라즈마)의 원하는 양태의 더욱 효과적이고 정밀한 측정을 가능하게 하는 유체(예를 들면, 혈장으로부터 분리된 혈구들)로부터 분리된다. 셀 세포 영역들에서 세포 분리 기구는 임의의 특징, 기구, 장치 또는 공정일 수 있으며, 이에 의해 혈구들이 혈장으로부터 분리되는데, 상기 세포 분리 기구는 원심 분리, 비대칭 막들, 접선 유동 막들, 초음파, 미세유체들, 응집, 접착, 다른 물리적 차단 요소(other physical blockage element)들, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있지만 이로 제한되지 않는다.
셀들로부터 분리 후, 서브샘플의 처리된 유체 부분은 대응하는 셀 분리 영역(72a 내지 72e)와 유체 연통하는 분리 영역(72a 내지 72e)와 유체 연통하는 분리 영역 출구 채널(74a 내지 74e)를 통해 대응하는 계량 영역(76a 내지 76e)로 전달된다. 일단 계량 영역(76a 내지 76e)에서, 각각의 처리된 유체(예를 들면, 혈장) 부분은 특정된 계량 부분으로 계량되고 이 계량 부분은 대응하는 계량 영역(76a 내지 76e) 및 출구 포트(80a 내지 80e)에 연결되고 이와 유체 연통하는 출력 채널(78a 내지 78e)을 통해 대응하는 출구 포트(80a 내지 80e)로 통과된다. 계량 영역(54a 내지 54c 및 76a 내지 76e)들 중 하나 또는 둘 이상은, 이 같이 미세채널이 현재 개시되고 청구된 본 발명의 개념들에 따라 기능하는 것이 필요하지 않은 경우, 예를 들면 시약 영역(50a 내지 50c 또는 68a 내지 68e)로부터 나오는 전체 서브샘플이 분석되어야 하는 경우, 대응하는 미세채널 또는 서브미세채널로부터 선택적으로 생략될 수 있다는 점에 주의하여야 한다. 각각의 출력 채널(78a 내지 78c)은 대응하는 출력 채널이 폐쇄되는 것을 가능하게 하기 위해 폐쇄 밸브(79a 내지 79c) 각각을 선택적으로 포함한다. 예를 들면, 폐쇄 밸브(79a 내지 79c)들은 샘플들이 미세유체 분배 장치(10)에서 처리된 후 그러나 상기 장치(10)가 처리된 샘플을 분석하기 위해 테스트 장치에 부착되기 전에 출력 채널(78a 내지 78c)들을 폐쇄하도록 작동될 수 있다.
도 3에 도시되고 전체적으로 도면 부호 "100"에 의해 도 3에서 표시된 것은 현재 개시되고 청구된 본 발명의 개념들에 따라 구성된 미세유체 분석 시스템이다. 미세유체 분석 시스템(100)은 상부 표면(103)을 가지는 기부(102)를 포함한다. 일반적인 도면 번호들 "104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 및 118"에 의해 표시된 복수의 테스트 장치들은 기부(102)의 상부 표면(103) 상에 위치 설정된다. 각각의 테스트 장치(104 내지 118)는 각각 유입 포트(105, 107, 109, 111, 113, 115, 117, 및 119)를 가진다. 일반적으로, 각각의 테스트 장치(104 내지 118)는 마찰적으로 또는 삽입에 의해 또는 스냅(snap)들, 패스너(fastener)들, 릿지(ridge)들, 및 태브(tab)들과 같은(이에 제한되지 않음) 당업자에게 주지된 다른 고정 메커니즘들에 의해 고정된다.
전술된 바와 같이, 미세유체 분배 장치(10)는 기부(102) 상에 배치되고 테스트 장치(104 내지 118)들에 의한 것과 같이 보통 제 2 기부(102)에 마찰적으로(예를 들면, 기부(102) 내의 공동 내로의 삽입에 의해) 또는 예를 들면 전술된 바와 같이 본 기술분야에서 공지된 다른 고정 기구들에 의해 고정된다(비록 도 3 및 아래의 다른 분석 시스템들의 실시예에서의 참조가 미세유체 분배 장치(10)의 사용으로 이루어지지만, 여기서 설명되고 및/또는 고려되거나 현재 개시되고 청구된 본 발명의 개념들에 따라 기능하는 임의의 미세 분배 장치가 본원에서 설명된 미세 유체 분배 장치에서 사용될 수 있는 것이 의도된다). 기부(102)는 복수의 전달 도관(transfer conduit; 120, 122, 124, 126, 128, 130, 132, 및 134)들을 더 포함한다. 전술된 바와 같이, 각각의 전달 도관(120 내지 134)은 대응하는 전달 도관의 일 단부에서 미세유체 분배 장치(10)의 출구 포트들 중 하나 및 대응하는 전달 도관의 타 단부에서 테스트 장치의 대응하는 유입 포트와 연결하도록 위치 설정된다. 예를 들면, 도 3의 실시예의 경우에서, 출구 포트(80a)는 전달 도관(120)에 의해 테스트 장치(104)의 유입 포트(105)에 유체적으로 연결되고, 출구 포트(80b)는 전달 도관(122)에 의해 테스트 장치(106)의 유입 포트(107)에 유체적으로 연결되고, 출구 포트(80c)는 전달 도관(124)에 의해 테스트 장치(108)의 유입 포트(109)에 유체적으로 연결되고, 출구 포트(80d)는 전달 도관(126)에 의해 테스트 장치(110)의 유입 포트(111)에 유체적으로 연결되고, 출구 포트(80e)는 전달 도관(128)에 의해 테스트 장치(112)의 유입 포트(113)에 유체적으로 연결되며, 출구 포트(58c)는 전달 도관(130)에 의해 테스트 장치(114)의 유입 포트(115)에 유체적으로 연결되고, 출구 포트(58b)는 전달 도관(132)에 의해 테스트 장치(116)의 유입 포트(117)에 유체적으로 연결되고, 그리고 출구 포트(58a)는 테스트 장치(118)의 유입 포트(119)에 유체적으로 연결된다. 이에 따라, 미세유체 분배 장치(10)의 미세유체 프로세스(microfluidic process)들의 작동시, 이의 원하는 분석들에 따른 유체 서브샘플들의 검사를 위해 이의 미세채널들 내의 유체 서브샘플들은 전달 도관(120 내지 134)들을 통해 테스트 장치(104 내지 118)에 각각 전달될 수 있다. 테스트 장치(104 내지 118)들 내로 유체 서브샘플들의 전달 및 유체 샘플들의 테스트 장치 내에서 분석들은 원하는 분석들에 따라 동시에 또는 독립적으로 또는 순차적으로 발생할 수 있다.
또한, 미세유체 분배 장치(10)는 유체 샘플이 미세유체 분배 장치(10)의 유입 포트(24) 내에 배치되기 전에 또는 유체 샘플이 유입 포트(24)에 배치된 후, 기부(102) 상에 배치되거나 배치되지 않으면 부착될 수 있다. 또한, 미세유체 분배 장치(10)는 미세유체 분배 장치(10)가 기부(102) 상에 배치되기 전에 또는 미세유체 분배 장치(10)가 기부(102) 상에 배치된 후 유체 샘플을 프로세싱하도록 작동될 수 있다.
도 4에 도시되고 전체적으로 도면부호 "200"으로 도 4에서 표시된 것은 현재 개시되고 청구된 본 발명의 개념들에 따라 구성된 다른 미세유체 분석 시스템이다. 미세유체 분석 시스템(200)은 미세 유체 분배 장치(10)가 검사를 위해 고정되는 방식을 제외하고 도 3의 미세유체 분석 시스템(100)에 대해 다수의 면들에서 유사하다. 미세유체 분석 시스템(200)은 상부 표면(203)을 가지는 기부(202)를 포함한다. 전체적으로 도면 부호 "204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 및 218"에 의해 표시된 복수의 테스트 장치들은 기부(202)의 상부 표면(203) 위에 위치 설정된다. 각각의 테스트 장치(204 내지 218)는 유입 포트(205, 207, 209, 211, 213, 215, 217, 및 219)를 각각 갖는다. 일반적으로, 각각의 테스트 장치(204 내지 218)는 마찰에 의해 또는 스냅, 패스너, 릿지, 및 태브들과 같은(이에 제한되지 않음) 본 기술 분야의 기술자에게 주지된 다른 고정 메커니즘들에 의해 기부(202)에 고정된다.
전술된 바와 같은 미세유체 분배 장치(10)는 맞물림 메커니즘(240) 내로의 삽입에 의해 기부(202)에 부착되어 상기 장치(10)가 기부(202)에 (제거가능하게 또는 제거가능하지 않게) 단단히 연결된다. 맞물림 메카니즘(240)은 기술 분야에 공지된 임의의 적합한 메커니즘일 수 있다. 기부(202)는 복수의 전달 도관(220, 222, 224, 226, 228, 230, 232, 및 234)들을 더 포함한다. 전술된 바와 같이, 각각의 전달 도관(220 내지 234)은 대응하는 전달 도관의 하나의 단부에 미세유체 분배 장치(10)의 출구 포트들 중 하나, 그리고 대응하는 전달 도관의 타단부에서 테스트 장치의 대응하는 유입 포트와 연결되도록 위치 설정된다. 도 4의 실시예의 경우에서, 출구 포트(80a)는 전달 도관(220)에 의해 테스트 장치(204)의 유입 포트(205)에 유체적으로 연결되고, 출구 포트(80b)는 전달 도관(222)에 의해 테스트 장치(206)의 유입 포트(207)에 유체적으로 연결되고, 출구 포트(80c)는 전달 도관(224)에 의해 테스트 장치(208)의 유입 포트(209)에 유체적으로 연결되고, 출구 포트(80c)는 전달 도관(224)에 의해 테스트 장치(208)의 유입 포트(209)에 유체적으로 연결되고, 출구 포트(80b)는 전달 도관(226)에 의해 테스트 장치(210)의 유입 포트(211)에 유체적으로 연결되고, 출구 포트(80e)는 전달 도관(228)에 의해 테스트 장치(212)의 유입 포트(213)에 유체적으로 연결되고, 출구 포트(58c)는 전달 도관(230)에 의해 테스트 장치(214)의 유입 포트(215)에 유체적으로 연결되고, 출구 포트(58b)는 전달 도관(232)에 의해 테스트 장치(216)의 유입 포트(217)에 유체적으로 연결되고, 그리고 출구 포트(58a)는 테스트 장치(218)의 유입 포트(219)에 유체적으로 연결된다. 이에 따라, 미세유체 분배 장치(10)의 미세유체 프로세스들의 작동시, 유체 서브샘플들의 원하는 분석들에 따라 유체 서브샘플들의 검사를 위해 이의 미세채널들 내의 유체 서브샘플들은 전달 도관(220 내지 234)들을 통해 테스트 장치(204 내지 218)에 각각 전달될 수 있다. 테스트 장치(204 내지 218)들 내로의 유체 서브샘플들의 전달 및 유체 샘플의 테스트 장치에서의 분석들은 원하는 분석들에 따라, 동시에, 또는 독립적으로, 또는 순차적으로 발생할 수 있다.
또한, 미세유체 분배 장치(10)는 유체 샘플이 미세유체 분배 장치(10)의 유입 포트(24) 내에 배치되기 전에 또는 유체 샘플이 유입 포트(24) 내에 배치된 후 기부(202) 상에 배치되거나 배치되지 않으면 부착된다. 또한, 미세유체 분배 장치(10)는 미세유체 분배 장치(10)가 기부(202)에 부착된 후, 또는 미세유체 분배 장치(10)가 기부(202)에 부착된 후 유체 샘플을 처리하기 위해 작동될 수 있다.
도 5에 도시되고 전체 도면 부호 "300"으로 도 5에서 표시된 것은 현재 개시되고 청구된 본 발명의 개념들에 따라 구성된 미세 유체 분석 시스템이다. 미세유체 분석 시스템(300)은 미세유체 분배 장치(10)가 기부에 고정되는 방식 및 미세유체 분배 장치(10)의 출구 포트들이 테스트 장치들과 정렬되는 방법을 제외하고 도 3의 미세유체 분석 시스템(100)과 많은 면들에서 유사하다. 더욱 상세하게는, 미세유체 분석 시스템(300)은 상부 표면(303)을 가지는 기부(302)를 포함한다. 전체가 도면 부호(304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 및 318)들로 표시된 복수의 테스트 장치들은 기부(302)의 상부 표면(303) 위에 위치 설정된다. 각각의 테스트 장치(304 내지 318)는 유입 포트(305, 307, 309, 311, 313, 315, 317, 및 319) 각각을 갖는다. 일반적으로, 각각의 테스트 장치(304 내지 318)는 마찰에 의해 또는 스냅, 패스너, 릿지, 및 태브들(이에 제한되지 않음)과 같이 당업자에게 주지된 다른 고정 메커니즘들에 의해 기부(302)에 고정된다.
전술된 바와 같은 미세유체 분배 장치(10)는 기부(302)에 가동되게 배치되어, 미세유체 분배 장치(10)는 수동으로 또는 자동적으로 방향(340)으로(또는 그 반대로) 변화될 수 있고, 출구 포트(80a 내지 80e 및 58c 내지 58a)가 기부(302) 상에서 미세유체 분배 장치(10)를 이동시킴으로써 테스트 장치(302 내지 318)들의 대응하는 유입 포트(305 내지 319)들과 정렬될 수 있다. 기부(302)는 복수의 전달 도관(320, 322, 324, 326, 328, 330, 332, 및 334)들을 더 포함한다. 각각의 전달 도관(320 내지 334)은 대응하는 전달 도관의 일 단부에서 미세유체 전달 장치(10)의 출구 포트들 중 하나와, 그리고 대응하는 전달 도관의 타단부에서 테스트 장치의 대응하는 유입 포트와 연결되도록 위치 설정된다. 도 5의 실시예의 경우에서, 출구 포트(80a)는 전달 도관(320)에 의해 테스트 장치(304)의 유입 포트(305)에 유체적으로 연결 가능하고, 출구 포트(80b)는 전달 도관(322)에 의해 테스트 장치(206)의 유입 포트(207)에 의해 유체적으로 연결 가능하고, 출구 포트(80c)는 전달 도관(324)에 의해 테스트 장치(308)의 유입 포트(309)에 유체적으로 연결 가능하고, 출구 포트(80d)는 전달 도관(326)에 의해 테스트 장치(310)의 유입 포트(311)에 유체적으로 연결 가능하고, 출구 포트(80e)는 전달 도관(328)에 의해 테스트 장치(312)의 유입 포트(313)에 유체적으로 연결 가능하고, 출구 포트(58c)는 전달 도관(330)에 의해 테스트 장치(314)의 유입 포트(315)에 유체적으로 연결 가능하고, 출구 포트(58b)는 전달 도관(332)에 의해 테스트 장치(316)의 유입 포트(317)에 유체적으로 연결 가능하고, 그리고 출구 포트(58a)는 테스트 장치(318)의 유입 포트(319)에 유체적으로 연결 가능하다. 이에 따라, 미세유체 분배 장치(10)의 미세유체 프로세스들의 작동시, 유체 서브샘플들의 원하는 분석들에 따라 유체 서브샘플들의 검사를 위해 이의 미세채널들 내의 유체 서브샘플들은 전달 도관(320 내지 334)들을 통해 테스트 장치(304 내지 318)들로 각각 전달될 수 있다. 유체 서브샘플들의 전달은 원하는 분석들에 따라 연속적으로 또는 비연속적으로 발생할 수 있다.
또한, 미세유체 분배 장치(10)는 유체 샘플이 미세유체 분배 장치(10)의 유입 포트(24) 내에 배치되기 전에, 또는 유체 샘플이 유입 포트(24)에 배치된 후 기부(302) 상에 배치되거나 배치되지 않으면 이에 부착될 수 있다. 또한, 미세유체 분배 장치(10)는 미세유체 분배 장치(10)가 기부(302) 상에 배치되기 전에 또는 미세유체 분배 장치(10)가 기부(302) 상에 배치된 후 유체 샘플을 처리하기 위해 작동될 수 있다.
도 6에 도시되고 전체 도면부호 "400"에 의해 도 5에서 표시된 것은 현재 개시되고 청구된 본 발명의 개념들에 따라 구성된 미세유체 분석 시스템의 다른 실시예이다. 미세유체 분석 시스템(400)은 기부(402)에 수직 방향으로 배치되는 전체가 도면 부호(404, 406, 408, 410, 412, 414, 416, 및 418)들에 의해 표시된 복수의 테스트 장치들을 가지는 기부(402)를 포함한다. 각각의 테스트 장치(404 내지 418)는 테스트 장치(104 내지 118)의 입구 포트들과 유사한 입구 포트(도시안됨)를 갖는다. 테스트 장치(404 내지 418)는 마찰에 의해 또는 스냅, 패스너, 릿지, 및 태브와 같은(이에 제한되지 않음) 당업자에게 주시된 다른 고정 메커니즘들에 의해 기부(402)에 고정될 수 있다. 기부(402)는 트랙, 레일, 또는 (미세유체 분배 장치(10)와 같은) 현재 개시되고 청구된 본 발명의 개념들의 미세유체 분배 장치가 방향(440)으로 수직하게 또는 테스트 장치(404 내지 418)들의 방향에 대해 하방으로 변화되는 것을 가능하게 하는 다른 적합한 메커니즘들을 포함하는 미세유체 장치 홀더(403)를 더 포함한다.
전술된 바와 같이, 미세유체 분배 장치(10)는 미세유체 장치 홀더(403) 내에 위치 설정되고 이에 의해 미세유체 분배 장치(10)는 유체 샘플을 테스트 장치(404 내지 418)들 내로 연속으로 전달하기 위해 상방 또는 하방으로 변화될 수 있다. 기부(402)는 복수의 전달 도관들(도시안됨)을 더 포함하며, 여기서 미세유체 분배 장치(10)의 각각의 출구 포트는 대응하는 테스트 장치의 유입 포트와 유체 연통하는 대응하는 전달 도관과 유체 연통되게 배치될 수 있다. 유체 연결들은 도 6의 실시예에 도시되지 않지만, 예를 들면, 도 5의 미세유체 분석 시스템(300)에 도시된 것과 유사하게 되는 것으로 의도된다. 이에 따라, 미세유체 분배 장치(10)의 미세유체 프로세스들의 작동시, 각각 유체 서브샘플들의 원하는 분석들에 따른 유체 서브샘플들의 검사를 위해 미세유체 분배장치의 미세채널들 내의 유체 서브샘플들은 테스트 장치(404 내지 418)에 전달 도관들에 의해 전달될 수 있다. 유체 서브샘플들의 전달은 일반적으로 계속적으로, 연속적으로, 또는 비 연속적으로 발생한다.
또한, 미세 분배 장치(10)는 유체 샘플이 미세유체 분배 장치(10)의 유입 포트(24) 내에 배치되기 전에 또는 유체 샘플이 입구 포트(24)에 배치된 후에 미세유체 장치 홀더(403) 내로 삽입될 수 있거나 삽입되지 않으면 미세유체 장치 홀더(403)에 부착될 수 있다. 또한, 미세유체 분배 장치(10)는 미세유체 분배 장치(10)가 미세유체 장치 홀더(403)에 배치되기 전에 또는 미세유체 분배 장치(10)가 미세유체 장치 홀더(403) 상에 배치된 후에 유체 샘플을 처리하도록 작동될 수 있다.
도 7에 도시되고 전체적으로 도면 부호 "500"에 의해 도 7에 표시된 것은 현재 개시되고 청구된 본 발명의 개념들에 따라 구성된 미세유체 분석 시스템의 다른 실시예이다. 미세유체 분석 시스템(500)의 작동은 이의 구성요소의 형상을 제외하고 시스템(100)의 작동과 실질적으로 유사하다. 미세유체 분석 시스템(500)은 상부 표면(503)을 가지는 디스크형 기부(502)를 포함한다. 전체적으로 도면 부호(504, 506, 508, 510, 512, 514, 516, 및 518)들에 의해 표시된 복수의 테스트 장치들은 기부(502)의 상부 표면(503) 상에 반경 방향으로 위치 설정된다. 각각의 테스트 장치(504 내지 518)는 유입 포트(505, 507, 509, 511, 513, 515, 517, 및 519)를 각각 갖는다. 일반적으로 각각의 테스트 장치(504 내지 518)는 마찰에 의해 또는 전술된 바와 같은 스냅, 패스너, 릿지, 및 태브와 같은(그러나, 이에 제한되지 않음) 당업자에게 주지된 다른 고정 메커니즘들에 의해 기부(500)에 고정된다.
디스크 형상을 가지는 것을 제외하고 전술된 바와 같은, 미세유체 분배 장치(10)와 유사하고 미세유체 채널 시스템을 가지는 미세유체 분배 장치(10a)는 기부(502) 상에 배치되고, 테스트 장치(504 내지 518)들에 의한 것과 같이, 보통 마찰에 의해(예를 들면, 기부(502)의 공동 내로의 삽입에 의해 또는 예를 들면 전술된 바와 같은 본 기술 분야에 공지된 다른 고정 메커니즘들에 의해 기부(502)에 고정된다. 상기 기부(502)는 복수의 전달 도관(520, 522, 524, 526, 528, 530, 532, 및 534)들을 더 포함한다. 각각의 전달 도관(520 내지 534)은 대응하는 전달 도관의 일 단부에서 미세유체 분배 장치(10a)의 출구 포트들(도시안됨, 그러나 미세유체 분배 장치(10)의 출구 포트들과 유사함)과, 그리고 대응하는 전달 도관의 타 단부에서 테스트 장치의 대응하는 유입 포트와 연결하도록 위치 설정된다. 도 7의 실시예의 경우에서, 미세유체 분배 장치(10a)의 출구 포트는 전달 도관(520)에 의해 테스트 장치(504)의 유입 포트(505)에 유체적으로 연결되고, 미세유체 분배 장치(10a)의 출구 포트는 전달 도관(522)에 의해 테스트 장치(506)의 유입 포트(507)에 유체적으로 연결되고, 미세유체 분배 장치(10a)의 출구 포트는 전달 도관(524)에 의해 테스트 장치(508)의 유입 포트(509)에 유체적으로 연결되고, 미세유체 분배 장치(10a)의 출구 포트는 전달 도관(526)에 의해 테스트 장치(510)의 유입 포트(511)에 유체적으로 연결되고, 미세유체 분배 장치(10a)의 출구 포트는 전달 도관(528)에 의해 테스트 장치(512)의 유입 포트(513)에 유체적으로 연결되고, 미세유체 분배 장치(10a)의 출구 포트는 전달 도관(530)에 의해 테스트 장치(514)의 유입 포트(515)에 유체적으로 연결되고, 미세유체 분배 장치(10a)의 출구 포트는 전달 도관(532)에 의해 테스트 장치(516)의 유입 포트(517)에 유체적으로 연결되고, 그리고, 미세유체 분배 장치(10a)의 출구 포트는 테스트 장치(518)의 유입 포트(519)에 유체적으로 연결된다. 이에 따라, 미세유체 분배 장치(10a)의 미세유체 프로세스들의 작동시, 유체 서브샘플들의 원하는 분석들에 따라 유체 서브샘플들의 검사를 위해 이의 미세채널들 내의 유체 서브샘플들은 전달 도관(520 내지 534)들을 통해 테스트 장치(504 내지 518)들로 각각 전달될 수 있다. 테스트 장치(504 내지 518)들 내로의 유체 서브샘플들의 전달은 원하는 분석들에 따라 동시에 또는 독립적으로 또는 순차적으로 발생할 수 있다. 일 실시예에서, 미세유체 분배 장치(10a)는 미세유체 분배 장치(10a)가 기부(502) 상의 적절한 전달 도관(520 내지 534)들과 정렬하도록 회전될 수 있다.
또한, 미세유체 분배 장치(10a)는 유체 샘플이 미세유체 분배 장치의 유입 포트(도시안됨) 내에 배치되기 전에 또는 유체 샘플이 상기 유입 포트 내에 배치된 후 기부(502) 상에 배치될 수 있거나 배치되지 않으면 기부에 부착될 수 있다. 또한, 미세유체 분배 장치(10a)는 미세유체 분배 장치(10a)가 기부(502) 상에 배치되기 전에 또는 미세유체 분배 장치(10a)가 기부(502) 상에 배치된 후 유체 샘플을 처리하도록 작동될 수 있다.
유체 샘플들 및 유체 샘플들의 서브샘플들은 모세관 힘, 주사기 펌프(syringe pump), 피스톤(piston)들, 공압(pneumatic), 액추에이터(actuator)들, 원심분리(centrifugation), 솔레노이드(solenoid)들, 선형 액추에이터(linear actuator)들, 연동 펌프, 전기 이동(electrophoresis), 기억 합금 밸브(memory alloy valve)들, 표면 음향파(surface acoustic wave), 또는 이들의 조합들을 포함하는(이에 제한되지 않음) 수동 또는 능동 유체 공학(fluidics)에 의해 여기서 설명된 미세유체 분배 장치들의 미세채널들 내로 그리고 이들을 통하여 추진될 수 있다. 사용될 수 있는 밸브들의 타입들은 체크 밸브(check valve)들, 온/오프 밸브(on/off valve)들, 기억 합금 밸브들, 솔레노이드들, 선형 액추에이터들, 또는 유체 샘플들의 유동을 제어, 정지, 또는 시작하도록 기능하는 임의의 다른 밸브를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
유체 샘플들 및 유체 샘플들의 서브샘플들은 시약 영역들에서 시약들에 노출 전, 노출 동안, 노출 후 혼합될 수 있다. 혼합은 수동 또는 능동 메커니즘들일 수 있다. 예를 들면, 수동 메커니즘들은 청어 뼈 특징물(herring bone feature)들, 포스트들, 또는 v형 무늬(chevron)들을 포함하지만 이에 제한되지 않으며 능동 메커니즘들은 압전 모터(piezo electric motor)들, 표면 음향 파 수단, 원심 분리력, 전기 이동, 및 입자들의 자기 이동, 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
본원에서 설명된 바와 같은 시약 영역들, 여기서 유체 샘플들은 시약들과 혼합, 반응, 또는 둘다를 위해 고정될 수 있음,은 전형적으로 0.5 mm 내지 3 mm의 범위의 폭(이에 제한되지 않음)을 가지며, 0.2 mm 내지 3.0 mm의 범위의 깊이(이에 제한되지 않음)를 가지며, 그리고 1 mm 내지 25 mm의 범위의 길이(이에 제한되지 않음)를 갖는다. 본원에서 설명된 바와 같은 계량 영역들은 유사한 크기들을 가질 수 있지만, 또한 현재 개시되고 청구된 본 발명의 개념들의 미세유체 분배 장치들과 사용되는 테스트 장치들에 노출되고자 하는 유체 서브샘플의 용적에 따라 더 큰 길이들, 깊이들, 또는 폭들을 가질 수 있다. 유체 샘플 유입 포트(24)의 크기는 전형적으로 0.2 mm 내지 3.0 mm(깊이) 및 0.2 mm 내지 3.0 mm(직경)의 범위 내에 있다(이에 제한되지 않음).
시약들이 시약 영역들(또는 미세채널의 다른 곳)에시약 영역 챔버의 표면 상에서 건조된 건조 분말들, 감압동결된 구체(lyophilized sphere)들 또는 과립들로서, 예를 들면 파우치(pouch)내 또는 블리스터 팩(blister pack)들 내 또는 본원에서 다른 곳에서 논의된 기질 상에 액체로서 배치되거나 쌓일 수 있다. 일반적으로, 전혈 샘플들은 시약 영역에 또는 시약 영역의 미세채널 상류 부분에 항응혈제(예를 들면, 헤파린)에 노출될 것이 요구될 것이다. 용혈될 샘플들은 일반적으로 시약 영역에 또는 이의 상류에 계면활성제 또는 용혈제(lysing agent)(예를 들면, 사포닌(Saponin))을 요구할 것이다. 용혈되어야 할 전혈 샘플을 분석하기 위해 설계된 미세채널에서, 미세채널은 별도의 시약 영역이 없을 수 있어 표면활성제 또는 용혈제가 단순히 밸브와 출구 포트(또는 존재하는 경우 계량 영역) 사이의 채널 내에 배치될 수 있다.
본원에서 설명된 미세채널들은 일반적으로 선형으로서 도시되며 이에 의해 미세채널을 통한 유동의 실질적인 직선 유동을 허용한다. 그러나, 본 발명의 개념들은 직선형 유동 경로들로 제한되지 않으며 곡선화된, 기울어진, 또는 그렇지 않으면 비-선형 미세채널 유동 경로들을 포함할 수 있음이 이해되어야 한다. 미세채널의 제 1 부분이 직선형일 수 있으며 동일한 미세채널의 제 2 부분이 곡선화되거나 기울어지거나 그렇지 않으면 비선형일 수 있음이 추가로 이해되어야 한다.
현재 개시되고 청구된 본 발명의 개념들의 미세유체 분배 장치는 미세채널 내의 서브샘플의 일부 양태를 검출하기 위한 미세채널과 유체 연통하는 하나 또는 둘 이상의 센서들을 더 포함할 수 있다. 이 같은 센서들은 본 기술분야에서 주지되며, 따라서 이 같은 센서의 추가 논의가 필요한 것으로 간주된다.
비록 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들 및 이들의 장점들이 본 발명의 특정된 예시적인 실시예들 및 구현예들을 참좋사여 상세하게 설명되었지만, 다양한 변화들, 치환들, 반복들, 수정들 및 보강들이 첨부된 청구범위에 의해 규정된 바와 같이 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않으면서 본원에서 설명된 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들에 대해 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 그러나, 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념들의 범주는 명세서에서 설명된 프로세스들, 조립체들, 제조 품목들, 물질(matter)의 조성, 수단, 방법들 및 단계들의 특별한 실시예로 제한되지 않는다. 당업자는 본 개시물로부터 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 여기서 설명된 대응하는 실시예들이 본원에서 개시된 현재 청구되고 개시된 본 발명의 개념(들)에 따라 이용될 수 있는 것과 동일한 결과를 실질적으로 달성하는 현재 존재하거나 또는 나중에 개발될 다수의 균등한 프로세스, 조립체들, 제조 품목들, 물질의 조성, 수단, 방법들, 또는 단계들을 용이하게 인정할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 이들의 범위내에 모든 이같은 균등 프로세스들, 조립체들, 제조 품목, 물질의 조성들, 수단, 방법들, 또는 단계들을 포함하는 것으로 의도된다. 더욱이, 본원에서 인용된 참조물, 특허들 또는 공보들 각각은 이로써 전체가 인용에 의해 명확히 포함된다.

Claims (31)

  1. 미세유체 분배 장치(microfluidic distributing device)로서,
    유체 샘플(fluid sample)을 수용하기 위한 유체 샘플 유입 포트(fluid sample entry port)를 가지는 기부 부분,
    상기 유체 샘플 입구 포트 내에 수용된 상기 유체 샘플이 복수의 유체 서브샘플(fluid subsample)들로 분리되도록 상기 유체 샘플 유입 포트와 유체 연통하는 복수의 유체 유동 미세채널(microchannel)들, 및
    복수의 유체 서브샘플 출구 포트들로서, 각각이 상기 미세채널들 중 대응하는 미체채널과 유체 연통하는, 복수의 유체 서브샘플 출구 포트를 포함하며,
    상기 미세채널들 각각은 상기 미세채널을 통한 유체 서브샘플의 유동을 제어하기 위해 상기 미세채널 내에 배치된 밸브(valve). 및 상기 미세채널을 통과하는 유체 서브샘플 상에서 또는 유체 서브샘플과 반응하기 위한 시약을 구비한 시약 영역을 가지는,
    미세유체 분배 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 샘플 유입 포트는 단일 유체 샘플 유입 포트인,
    미세유체 분배 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세채널들 중 하나 이상의 미세채널은 상기 시약 영역과 상기 미세채널 내의 상기 유체 서브샘플 출구 포트 사이에 위치 설정된 계량 영역(metering area)을 포함하는,
    미세유체 분배 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 미세채널들은 단지 유체 샘플 유입 포트에서만 서로 유체 연통하는,
    미세유체 분배 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    각각의 시약 영역은 상이한 시약을 포함하는,
    미세유체 분배 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    각각의 미세채널 밸브(microchannel valve)는 각각의 다른 미세채널 밸브와 관계없이 가동되는,
    미세유체 분배 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    각각의 미세채널은 상기 시약 영역 하류에 위치 설정되는 폐쇄 밸브(closure valve)를 포함하는,
    미세유체 분배 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 시약 영역들은 혈액과 반응하기 위한 시약들을 포함하는,
    미세유체 분배 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세채널들 중 하나 이상의 미세채널은 상기 유체 샘플 입구 포트로부터 연장하는 메인 미세채널(main microchannel) 및 상기 메인 미세채널로부터 연장하는 복수의 서브미세채널(a plurality of the submicrochannel)들을 갖는,
    미세유체 분배 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 메인 미세채널과 상기 복수의 서브미세채널들 사이에 밸브가 끼워지는,
    미세유체 분배 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세채널들 중 하나 이상의 미세채널은 상기 유체 서브샘플로부터 세포들을 분리하기 위한 분리 영역을 갖는,
    미세유체 분배 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 분리 영역은 상기 유체 서브샘플로부터 혈구들을 분리할 수 있는,
    미세유체 분배 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 분리 영역은 상이하게 투과 가능한 막을 포함하는,
    미세유체 분배 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 분리 영역은 상기 시약 영역 하류에 위치 설정되는,
    미세유체 분배 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 분리 영역은 상기 시약 영역 하류에 위치되는,
    미세유체 분배 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 기부 부분 위에 배치되고 상기 기부 부분에 부착되는 투명한 상부 커버(transparent top cover)를 가지는,
    미세유체 분배 장치.
  17. 미세유체 분석 시스템(microfluidic analysis system)으로서,
    제 1 항의 미세유체 분배 장치; 및
    복수의 테스트 장치(test device)들을 포함하며,
    상기 복수의 테스트 장치 각각은 상기 대응하는 출구 포트로부터 수용된 유체 서브샘플을 수용하여 분석하도록 상기 미세유체 분배 장치의 별개의 출구 포트와 유체 연통하는,
    미세유체 분석 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 미세유체 분배 장치의 각각의 출구 포트에 대응하는 테스트 장치를 가지는,
    미세유체 분석 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 테스트 장치들은 상기 미세유체 분배 장치가 상기 테스트 장치들 각각과 순차적으로 맞물리게 가동되도록 배열되는,
    미세유체 분석 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 미세유체 분배 장치는 수직 방향으로 가동되는,
    미세유체 분석 시스템.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 미세유체 분배 장치는 수평 방향으로 가동되는,
    미세유체 분석 시스템.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 미세유체 분배 장치는 반경 방향으로 가동되는,
    미세유체 분석 시스템.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 테스트 장치들은 단일 유닛(single unit)로 조합되고 상기 단일 유닛으로 상기 미세유체 분배 장치가 부착되어 상기 테스트 장치들이 유체 서브샘플들을 동시에 수용할 수 있는,
    미세유체 분석 시스템.
  24. 복수의 유체 서브샘플들을 처리하는 방법으로서,
    유체 샘플을 제 1 항의 미세유체 분배 장치의 유체 샘플 유입 포트내로 도입하는 단계;
    상기 유체 샘플을 복수의 유체 서브샘플들로 분할하는 단계; 및
    유체 서브샘플을 각각의 미세채널 내에 배치하도록 유체 서브샘플들을 미세유체 분배 장치의 미세채널들 내로 분배하는 단계를 포함하며,
    상기 유체 서브샘플은 반응된 유체 서브샘플을 형성하도록 상기 미세채널의 시약 영역 내에서 시약과의 반응에 의해 처리되고,
    반응된 유체 서브샘플의 적어도 일 부분이 대응하는 테스트 장치 내로 미세채널의 출구 포트를 통과하며 상기 반응된 유체 서브샘플이 상기 테스트 장치에 의해 분석되는,
    복수의 유체 서브샘플들을 처리하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 유체 서브샘플들 중 하나 이상의 유체 서브샘플은 상기 시약 영역에 도달하기 전에 추가로 세분되는,
    복수의 유체 서브샘플들을 처리하는 방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    각각의 유체 서브샘플은 상이한 시약으로 처리되는,
    복수의 유체 서브샘플들을 처리하는 방법.
  27. 제 27 항에 있어서,
    상기 유체 샘플은 혈액 샘플(blood sample)인,
    복수의 유체 서브샘플들을 처리하는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 혈액 샘플의 하나 이상의 유체 서브샘플이 용혈되는,
    복수의 유체 서브샘플들을 처리하는 방법.
  29. 제 27 항에 있어서,
    상기 혈액 샘플의 하나 이상의 유체 서브샘플은 항응혈제에 노출되고 전혈 샘플(whole blood sample)로서 테스트되는,
    복수의 유체 서브샘플들을 처리하는 방법.
  30. 제 27 항에 있어서,
    상기 혈액 샘플의 하나 이상의 유체 서브샘플은 상기 유체 서브샘플로부터 혈장을 형성하도록 처리되는,
    복수의 유체 서브샘플들을 처리하는 방법.
  31. 제 27 항에 있어서,
    상기 유체 서브샘플은 상기 시약 영역 내의 상기 시약과 반응하는 혈청을 형성하도록 응고되는,
    복수의 유체 서브샘플들을 처리하는 방법.
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