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KR102407345B1 - 마이크로플레이트 - Google Patents

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KR102407345B1
KR102407345B1 KR1020167031093A KR20167031093A KR102407345B1 KR 102407345 B1 KR102407345 B1 KR 102407345B1 KR 1020167031093 A KR1020167031093 A KR 1020167031093A KR 20167031093 A KR20167031093 A KR 20167031093A KR 102407345 B1 KR102407345 B1 KR 102407345B1
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KR
South Korea
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microplate
well
wells
reaction
zone
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KR1020167031093A
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English (en)
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KR20160149213A (ko
Inventor
쟈오치앙 왕
볼프강 만
Original Assignee
얀타이 아우스바이오 라보라토리즈 컴퍼니 리미티드
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Filing date
Publication date
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Abstract

마이크로플레이트가 제공된다. 상기 마이크로플레이트는, 2차원 어레이(two-dimensional array)로 배열된 복수의 웰(well)(2)을 포함하는 마이크로플레이트(microplate)로서, 각각의 웰(2)은 상기 마이크로플레이트(1) 내에 경사지게 장착되어 상기 웰(2)은 상기 마이크로플레이트(1)의 원심 분리 동안 원심력의 방향으로 정렬된다.

Description

마이크로플레이트{MICROPLATE}
본 발명은 복수의 샘플을 원심 분리하기 위한 마이크로플레이트에 관한 것이다.
WO 2013/117606호에는 원심 분리 마이크로플레이트가 개시되어 있다. 원심 분리 마이크로플레이트를 위한 원심 분리기는 큰 직경을 가지며, 마이크로플레이트의 모든 웰(well)은 균일하게 원심 분리된다. 웰 내에 포함된 다른 물질들은 원심 분리 후 층을 형성한다. 보다 더 소형화된 원심 분리기는 마이크로플레이트의 외부 영역에 배치된 반응 웰 내의 층들이 기울어지는 문제점을 발생시킨다. 이러한 기울어진 층들은 자동 광학 검사 장치에서 종종 정확하게 검출되지 않을 수 있다.
US 2008/220481 A1에는 트레이 조립체(tray assembly)와 상기 트레이 조립체 내에 적합하도록 설계된 복수의 샘플 플레이트를 포함하는 키트(kit)처럼 조립될 수 있는 마이크로플레이트를 개시한다. 트레이 조립체는 프레임을 포함하고, 플레이트 수용 부분(plate receiving portion) 내에 나란히 샘플 플레이트를 수용할 수 있다. 샘플 플레이트 각각은 격자(grid)로 배열된 복수의 개별 샘플 웰을 포함한다. US 2008/220481 A1에는 실험실 작업 동안에 서로 다른 공정들이 점점 더 복잡해지고, 자동화의 양이 증가하는 문제점이 있다고 기재한다. 개시된 마이크로플레이트는 분리될 수 있고, 몇몇 다른 샘플 패치들의 처리를 가능하게 한다.
당해 구조는 강성하며(rigid), 마이크로플레이트의 원심 분리 동안 원심력의 방향에 따라 웰이 정렬되는 것이 허용되지 않는다.
US 2011/0152128 A1에는 향상된 마이크로플레이트 및 마이크로플레이트 내에서 선택적으로 튜브 인서트를 유지하기 위한 유지 장치(retention device)와, 교환가능한 마이크로웰의 개수를 선택할 수 있는 동적 마이크로플레이트(dynamic microplate)가 개시된다. 도 4A-4G는 떼어낼 수 있는 샘플 웰 스트립(sample well strip)들을 갖는 마이크로웰 플레이트가 도시되며, 일단 마이크로웰 내로 투입되면 강성 구조(rigid construction)를 형성한다.
EP 2636452 A1에는 반응 챔버 조립체(reaction chamber assembly)의 제조 공정이 개시된다. 도 2-4는 마이크로플레이트를 위한 프레임에 적합할 수 있는 샘플 웰의 스트립을 개시한다. 도면들은 마이크로플레이트 프레임 내로 웰들이 삽입되되, 원심 분리 동안 원심력의 방향으로 정렬되도록 이동하지 않는 것을 도시하고 있다.
CN 203259531 U는, 웰이, 외력의 작용 하에 각도 위치로 이동하도록 경사 장착된 마이크로플레이트를 개시한다. 웰의 스트립은 마이크로플레이트 기저(basis) 상에 놓여지는 프레임 내에 장착된다. 상기 기저는 바닥 프레임을 포함하고, 단일 웰들은 바닥 말단에 약간 고정된다. 외력이 작용하는 동안, 프레임은 개구부의 범위 내에서 이동하고, 그 결과 바닥 프레임에 고정되어 있음으로 인해웰의 모든 스트립도 동시에 이동한다.
CA 2458827 A1에는 응집 또는 크기 분리 단계를 갖는 분석을 수행하기 위한 장치를 개시한다. 이러한 장치는 분석하기 위한 유체를 받아들이도록 배치된 제1 구역(first section); 및 원동력(motive force) 인가, 바람직하게는, 유체에 원심력 인가 시 상기 제1 구역으로부터 유체를 받아들이기 위해 배치된 제2 구역을 포함한다. 상기 제2 구역은, 기판에 고정되고 상기 유체를 혼합하고 응집된 입자(agglutinated particle)들을 포획(trap)하는데 적합한 구성요소(elements)를 포함한다.
US 2012/0288887 A1에는 반응 컨테이너 내에서 혈액 샘플과 시약이 반응한 혈구(blood cell) 응집 이미지에 기초하여 혈액 샘플이 양(positive)인지 음(negative)인지 결정하기 위한 혈구 응집 이미지 결정 방법 및 혈구 응집 이미지 결정 장치가 개시된다. 상기 장치는 반응 컨테이너를 회전시켜, 반응 컨테이너의 바닥 벽이 원심력에 의해 바깥쪽으로 회전하도록 하기 위한 회전 매커니즘 및 상기 반응 컨테이너를 경사지도록 하여, 회전 방향을 따르는 반응 컨테이너의 앞 부분이 뒷 부분보다 수직 방향에 대하여 아래로 향하도록 하기 위한 경사 장치(inclining apparatus)를 포함한다.
US 2005/0161400 A1는 복수의 필터링 웰 및 원심 분리기의 회전축에 수직이고 필터링 장치의 주면(major plane)의 중심을 통과하는 라인에 대하여 필터링 웰 내에서 멤브레인(membrane)의 각도를 조정하기 위한 각도 매커니즘을 포함하는 유체 필터링 장치를 개시한다.
CN 101629952 A는 기술적인 시험 장치에 이용되도록 제공된 복수의 개별적인 단일 컬럼 시험 소자를 개시한다. 각각의 시험 소자는 단일 시험 컬럼에 의해 정의되고, 상기 단일 시험 컬럼은 겔 물질 또는 비드 매트릭스(bead matrix)와 같은 다량의 시험 물질을 포함하고, 상기 시험 소자는 시험 컬럼의 내용물에 접근(access)하기 위해 이용되는 커버 스트립을 포함한다.
한편으로는 마이크로플레이트의 원심 분리에 의해 달성될 수 있는 다량의 샘플들을 동시에 원심 분리할 필요가 있고, 다른 한편으로는 복수의 다른 장치를 포함하는 로봇 시스템에 통합되는 장치와 같이 가능한 한 소형화될 수 있는 원심 분리기를 구현할 필요가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 원심 분리 반경이 작은 경우에도 원심 분리된 샘플에 대해 신뢰성 있는 시험을 가능하게 하는 복수의 샘플의 원심 분리를 위한 마이크로플레이트를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 높은 신뢰성 및 높은 쓰루풋(throughput)으로 응집 반응 결과를 결정할 수 있는 방법을 수행하도록 할 수 있는 마이크로플레이트를 제공하는 것이다.
상기 과제들은 독립 청구항들에서 정의되는 마이크로플레이트에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 대응하는 종속항들에서 정의된다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 과제들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로플레이트는, 2차원 어레이(two-dimensional array)로 배열된 복수의 웰(well)을 포함하고, 각각의 웰은 상기 마이크로플레이트 내에 경사지거나(inclinable) 피벗 가능하게(pivotably) 장착되어 상기 웰은 상기 마이크로플레이트의 원심 분리 동안 원심력의 방향으로 정렬된다.
마이크로플레이트의 원심 분리 동안 마이크로플레이트의 웰이 원심력의 방향으로 정렬됨으로써, 원심력은 대응하는 웰의 축에 대응하는 방향으로 작용한다. 웰 내의 다른 물질들은 이 축에 수직으로 연장되어 층들을 형성한다. 이는 웰의 내용물이 신뢰성 있게 자동 광학 검사될 수 있음을 보장하고, 심지어 원심 반경이 작은 경우에도 마찬가지이다.
만약 마이크로플레이트 내에 반응 웰이 경사지거나 피벗 가능하게 장착되지 않는다면, 원심력은 어떤 반응 웰의 축에 대해 경사지게 작용한다. 이는 특히 원심 회전의 회전축으로부터 오프셋된 축을 갖는 반응 웰의 경우이다. 이러한 웰은 서로 다른 물질들의 층들이 반응 웰의 축에 대해 기울어져 있어 잘못된 결과를 발생시킬 수 있다.
바람직하게는, 반응 웰은 마이크로플레이트 내에 탄성적으로 경사지거나 피벗 가능하게 배치된다. 이에 따라, 반응 웰은 마이크로플레이트의 원심 분리 후 초기의 위치로 회복된다.
바람직한 실시예에 따른 마이크로플레이트는 프레임과 복수의 장형 스트러트(longitudinal struts)를 포함하고, 상기 복수의 장형 스트러트 각각은 웰의 행(row)을 포함하고, 상기 장형 스트러트는 상기 프레임 내에 피벗 가능하게(pivotably) 배치된다.
상기 장형 스트러트 각각은 말단부에 장착 핀(mounting pin)을 포함하고, 상기 장착 핀은 상기 장형 스트러트의 상부 구역(upper section)에 배치되고, 상기 프레임 내에 상기 장형 스트러트가 피벗 가능하게(pivotably) 장착되도록 장착 요소를 형성한다.
상기 프레임은 상기 장형 스트러트의 상기 장착 핀을 장착하기 위한 리세스(recess)를 포함한다.
다른 실시예에 따른 마이크로플레이트는, 프레임과 인서트를 포함하고, 상기 인서트는 2차원 어레이로 형성된 복수의 반응 웰을 포함하고, 상기 프레임은 적어도 하나의 지지 구역(supporting section)을 포함하고, 상기 지지 구역은 마이크로플레이트의 원심 분리 동안 인서트를 지지하기 위하여 오목한 곡률(concave curvature)을 갖는다. 바람직하게는, 상기 프레임은 두 개의 커브된(curved) 지지 구역을 포함하고, 각각은 인서트의 에지 구역을 지지한다. 두 개의 커브된 지지 구역은 정반대에 위치한다.
상기 인서트는 행과 열로 배열된 반응 웰을 포함한다. 바람직하게는, 상기 인서트는 상기 행의 방향으로는 보강 요소를 포함하고 상기 열의 방향으로는 강성 수단을 포함하지 않는다(그 반대의 경우도 마찬가지이다). 따라서, 상기 인서트는 하나의 방향으로는 플렉시블하고, 다른 방향으로는 플렉시블하지 않다. 이러한 보강 요소는 예를 들면, 이웃하는 반응 웰 사이에서 연장된 중간 벽 구역(intermediate wall section)일 수 있다.
바람직하게는, 상기 마이크로플레이트는, 특히 프레임 및/또는 마이크로플레이트의 인서트가 탄성 변형 물질(elastically deformable material)로 이루어진다.
본 발명에 따른 복수의 샘플을 원심 분리하는 방법은, 마이크로플레이트의 웰 내에 샘플들이 포함되고, 특히 마이크로플레이트는 2차원 어레이로 배열된 반응 웰을 갖고, 원심 분리 동안 상기 웰은 상기 원심력의 방향으로 정렬된다.
이 방법에서는 상술한 실시예에 따른 마이크로플레이트가 사용될 수 있다.
마이크로플레이트는 바람직하게는, 수평축을 중심으로 회전한다. 마이크로플레이트가 수평축을 중심으로 회전할 때, 반응 웰의 개구부는 밀봉되지 않는다. 이것은 자동 시스템에서 원심 분리 단계의 통합(integration)을 용이하게 한다.
응집 반응 결과를 결정하는 방법은, 마이크로플레이트를 이용하여 웰 내의 샘플과 시약을 반응시키는 반응 단계를 포함하고, 상기 마이크로플레이트는 2차원 어레이(two-dimensional array)로 배열된 복수의 웰(well)을 포함하고, 각각의 웰은 상기 마이크로플레이트 내에 경사지거나(inclinable) 피벗 가능하게(pivotably) 장착되어 상기 웰은 상기 마이크로플레이트의 원심 분리 동안 원심력의 방향으로 정렬된다. 그리고, 상기 웰의 바닥 벽이 회전축에 대해 바깥쪽으로 배치되도록 마이크로플레이트를 회전하는 원심 분리 단계를 포함하고, 마이크로플레이트의 상부측의 이미지를 적어도 하나 촬상하고, 상기 마이크로플레이트의 하부측의 이미지를 적어도 하나 촬상하는 이미징 단계를 포함하고, 상기 웰 내의 샘플이 응집 반응에 대해 양(positive)인지 음(negative)인지 결정하되, 상기 마이크로플레이트의 상기 상부측과 상기 하부측의 상기 이미지들에서 상기 웰의 색상 강도(color intensity) 및/또는 그레이 레벨(gray level)을 비교하여 결정하는 결정 단계를 포함한다.
이러한 방법에서 특정 웰의 상부측과 하부측의 색상 강도(color intensity) 및/또는 그레이 레벨(gray level)의 차이가 결정된다. 이러한 차이는 높은 정밀도로 검출될 수 있다. 배경 광과 같은 불안정 조건은, 웰의 상부측과 하부측의 두 사진 모두에 영향을 주기 때문에 반응 웰에 대응하는 상부측과 하부측의 색상 강도 및/또는 그레이 레벨의 비교에 의하여 제거된다. 이 방법은 매우 강력하고 신뢰할 수 있다. 이 방법은 인간의 어떠한 개입없이 자동적으로 수천 또는 수백만의 샘플을 시험하기 위한 산업용 어플리케이션에 적합하다.
또한, 2차원 어레이의 제공은 복수의 응집 반응을 수행하는 것과 복수의 응집 반응을 결정하는 것을 동시에 가능하게 한다. 상부측에서뿐만 아니라 하부측에서도 웰을 검출하기 때문에, US 8,076,126 B2에 개시된 바와 같이 반응 웰의 1차원 배열을 사용할 필요가 없다.
바람직하게는, 마이크로플레이트는 원심 분리 단계에서 수평축을 중심으로 회전한다. 이것은 자동 시스템에서 원심 분리 단계의 통합을 용이하게 한다. 수평의 회전축을 갖는 원심 분리기에 관한 예시는 WO 2013/117606 A1 및 EP 13179437.2 에 개시되어 있다. EP 13179437.2 는 아직 공개되지 않았다. WO 2013/117606 A1 및 EP 13179437.2 는 참조로 인용된다.
바람직한 실시예에 따르면, 응집 반응을 촉진하기 위해 배양 단계(incubation step)는 원심 분리 단계 전에 수행될 수 있다.
겔 물질 또는 비드 매트릭스(bead matrix)와 같은 분리 물질에 의해 원심 분리 단계에서, 반응 생성물 즉, 응집 프로브 샘플 부분은 반응 추출물 즉, 비응집 프로브 샘플 부분으로부터 분리될 수 있다. 상기 비드 매트릭스는 필터 물질로서 기능하며, 응집 샘플 부분(특히, 클램프된 혈구(blood cell))을 비드 매트릭스의 상부에 유지하고, 비응집 샘플 부분은 비트 매트릭스를 통과하며, 대응하는 웰의 하부에 수집된다. 겔 매트릭스를 이용하여, 비응집 샘플 부분을 응집 샘플 부분으로부터 분리하며, 원심 분리 단계 동안 비응집 샘플 부분은 겔 매트릭스를 통과하여 반응 웰의 하부로 이동한다. 큰 응집 샘플 부분은 겔 매트릭스의 상부 또는 겔 매트릭스 내에 유지된다.
시약은 분리 물질의 상부에 제공되거나 분리 물질은 시약을 포함하는 서스펜션(suspension) 내에 혼합될 수 있다. 시약은 소정의 샘플과 반응하는 항체 및/또는 항원을 포함할 수 있다. 겔 매트릭스가 시약과 혼합되는 경우, 응집 반응은 겔 매트릭스 내에서 발생하고, 응집 생성물은 반응이 발생하는 겔 매트릭스 내에 유지된다.
항원/항체 반응을 볼 수 있도록 기판이 필요한 경우에, 이것은 물론 겔 내에 포함될 수 있다. 또한, 이것은 하부 및 상부의 위치에만 위치할 수 있다.
응집 반응의 생성물을 결정하기 위한 마이크로플레이트는 2차원 어레이로 배열된 복수의 웰을 포함하고, 상기 웰의 적어도 하나는 겔 또는 비드 매트릭스와 같은 분리 물질을 포함하는 분리 구역을 포함하고, 상기 분리 구역은 적어도 하나의 원추형 부분을 포함하고, 상기 원추형 부분은 아래 방향으로 점점 테이퍼지고(tapered), 샘플 물질은 상기 분리 물질을 통과하여 집중된다.
상기 분리 물질을 통과한 샘플 물질의 농도는 웰의 하부측의 사진의 색상 강도 또는 그레이 레벨을 향상시킨다. 왜냐하면, 이러한 샘플 물질은 반응 웰의 중심부에 집중되기 때문이다. 이는 자동 광학 분석을 용이하게 한다. 또한, 시험의 신뢰성을 향상시킨다. 왜냐하면, 반응 웰의 상부측과 하부측의 색상 강도 또는 그레이 레벨의 비교를 용이하게 하기 때문이다.
반응 웰은 바람직하게는, 상기 웰의 상단부에 충전 구역을 포함한다. 상기 충전 구역의 단면적은 상기 분리 구역의 단면적보다 크다.
마이크로플레이트는 바람직하게는, 적어도 96개의 웰을 포함한다. 이러한 마이크로플레이트는 적어도 300개, 특히 384개 또는 적어도 1000개 특히 1536개의 웰을 포함할 수 있다.
반응 웰의 내부 높이는 바람직하게는, 5mm 내지 25mm이고, 특히 10mm 내지 20mm 또는 10mm 내지 15mm이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 시험 장치는 원심 분리기와 반응 웰의 상면을 검출하는 카메라를 포함한다. 또한 상기 카메라는 반응 웰의 하면을 더 검출한다. 이러한 시험 장치는 상술한 방법을 수행하는 제어부를 포함한다.
바람직하게는, 시험 장치는 마이크로플레이트를 원심 분리기 내로 수평적으로 로딩하거나 원심 분리기로부터 수평적으로 배출하기 위한 로딩 매커니즘을 포함한다. 라인 카메라는 마이크로플레이트의 상면과 하면을 검출하기 위해 마이크로플레이트의 로딩 경로(loading path)를 따라 제공될 수 있다. 라인 카메라는 마이크로플레이트의 이동 방향을 가로질러 연장된다.
시험 장치는 바람직하게는, 겔 물질과 같은 분리 물질을 반응 웰에 자동적으로 채울 수 있도록 피펫 수단(pipetting means)을 포함한다. 이는 마이크로플레이트의 반응 웰 중 필요한 반응 웰에 대해서만 사용될 수 있다. 다른 반응 웰은 비어 있을 수 있다. 따라서, 복수의 반응 웰을 갖는 마이크로플레이트를 이용하는 것은 낮은 비용과 높은 처리량을 달성할 수 있다. 왜냐하면, 실제로 사용되는 반응 웰에 대해서만 분리 물질과 시약을 로딩하기 때문이다.
본 발명은 첨부된 도면과 함께 보다 상세히 설명한다.
도 1a는 제1 실시예에 따른 프레임과 복수의 스트러트를 포함하는 마이크로플레이트의 분해 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 프레임의 일부를 절단한 사시도이다.
도 1c는 도 1a의 스트러트의 하나의 일부를 절단한 사시도이다.
도 1d는 도 1a의 스트러트의 하나의 길이 방향 단면도이다.
도 1e는 도 1a의 마이크로플레이트의 일부를 절단한 사시도이다.
도 1f는 회전하는 마이크로플레이트와 이에 대한 회전축의 개략도이다.
도 2a는 제2 실시예에 따른 프레임과 탄성 인서트를 포함하는 마이크로플레이트의 분해 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 인서트의 일부를 절단한 사시도이다.
도 2c는 원심력이 작용하지 않은 도 2a의 마이크로플레이트의 사시도이다.
도 2d는 원심력이 작용한 도 2a의 마이크로플레이트의 사시도이다.
도 3a는 제2 실시예에 따른 프레임과 탄성 인서트를 포함하는 마이크로플레이트의 프레임의 사시도이다.
도 3b는 원심력이 작용하지 않은 도 3a의 프레임과 인서트를 도시한 사시도이다.
도 3c는 원심력이 작용한 도 3a의 프레임과 인서트를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1a 내지 도 2d에 도시된 마이크로플레이트 중 하나의 단일 반응 웰의 측면도로서, 내부 에지는 점선으로 도시된 도면이다.
도 5는 도 1a 내지 도 2d에 도시된 마이크로플레이트 중 하나의 단일 반응 웰의 사시도이다.
도 6a 내지 도 6f는 응집 반응 후의 샘플을 포함한 각각의 반응 웰을 도시한 것으로서, 각각은 상부측(웰의 상부)과 하부측(웰의 하부)을 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 10은 응집 반응 결과를 결정하기 위한 방법을 수행하는 장치를 하우징 없이 다른 각도에서 도시한 도면이다.
도 11은 마이크로플레이트 캐리어를 도시한 도면이다.
본 발명의 특징이나 효과들은 예시적인 실시예들을 참조하면서 설명될 것이다. 따라서, 본 발명은 독립적으로 혹은 특징들 간의 기타 조합으로 존재할 수 있는, 구성들의 가능한 비제한적인 조합들을 설명하는 그런 예에 특정적으로 한정되지 말아야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항들에 의해 정의된다.
도 1a 내지 1e는 본 발명에 따른 마이크로플레이트(1)의 제1 실시예를 도시한다. 마이크로플레이트(1)는 16 × 24로 2차원 배열된 384개의 반응 웰(reaction well)(2)을 포함한다.
마이크로플레이트(1)는 폴리카보네이트(polycarbonate)와 같은 투명한 불활성 플라스틱 물질로 만들어진다.
마이크로플레이트(1)의 제1 실시예는 프레임(50)과 몇몇의 장형 스트러트(longitudinal strut)(51)를 포함한다. 각각의 스트러트(51)(도 1c, 1d 참고)는 불활성 플라스틱 물질(inert plastic material)로 제조되고 복수의 반응 웰(2)을 정의하는 장형 몸체이다. 반응 웰(2)은 각각의 스트러트(51)에 일렬로 배치된다. 반응 웰(2)은 서로 평행하게 배치되어 있다. 반응 웰(2)은 상단부를 향하는 개구부(opening)(3)를 갖는다. 각각의 스트러트(51)는 서로 반대쪽 끝에 장착 핀(52)을 포함한다. 장착 핀(52)은 스트러트의 상부에 배치된다. 장착 핀(52)은 테이퍼진 하부 에지(tapered lower edge)(53)(도 1c, 1d 참고)를 갖도록, 장착 핀(52)의 단면 형상은 마름모이다.
프레임(50)은 두 개의 장형 측벽(longitudinal sidewall)(54)과 두 개의 측면 측벽(lateral sidewall)(55)으로 구성된다. 장착 핀(52)을 유지하기 위한 리세스(56)는 측면 측벽(55)의 내측에 설치되어 있다. 리세스(56)는 측면 측벽(55)의 상부 구역(upper section)에 제공된다. 각각의 리세스(56)는 V자형 바닥 벽(57)과 두 개의 수직 측벽(58)에 의해 정의된다. 리세스(56)는 서로 인접하여 배치되며, 각각의 수직 측벽(58)의 한쪽은 리세스(56) 중 하나를 정의하고, 다른 한쪽은 리세스(56) 중 다른 하나를 정의한다. 판상체(platelet)(59)는 수직 측벽(58) 의 상단부 각각에 제공된다. 판상체(59)는 리세스(56)의 구멍이 있는 덮개를 형성한다. 이웃하는 판상체(59) 쌍 각각의 사이에 장착 핀(52)의 너비보다 조금 작은 슬릿(slit)(60)이 정의된다. 프레임(50)과 판상체(59)는 탄성이 있는 플라스틱 물질로 형성되어, 장착 핀(52)은 슬릿(60)을 통해 스냅(snap)될 수 있다.
리세스(56)는 프레임(50)의 내부 구역(inner section)으로 개방된다. 리세스(56) 한 쌍은 서로 직접 마주하도록 반대편의 측면 측벽(55)에 형성되고, 리세스(56) 한 쌍의 거리는 스트러트(51)의 반대편의 장착 핀(52)의 거리에 대응한다.
장착 핀(52)의 테이퍼진 하부 에지(53)는 리세스(56)의 V자형 바닥 벽(57)보다 더 날카롭다. 따라서 스트러트(51)의 테이퍼진 하부 에지(53)는 V자형 바닥 벽(57) 상에서 피벗 가능하게 인접한다.
본 실시예에서는 프레임(50)이 16개의 스트러트(51)를 수용할 수 있고, 각 스트러트(51)는 24개의 반응 웰(2)을 포함한다.
스트러트(51)는 테이퍼진 하부 에지(53)를 따라 연장된 장축(longitudinal axis)을 중심으로 피벗 가능하거나 기울어질 수 있다. 마이크로플레이트(1)가 원심 분리를 할 때, 반응 웰(2)은 원심력의 방향으로 정렬된다. 도 1e와 도 1f는 마이크로플레이트(1)의 일부 절단 사시도이다. 마이크로플레이트(1)는 축(24)를 중심으로 회전하고, 회전 반경은 r로 표시된다. 장형 측벽(54)에 근접한 스트러트(51)는 기울어져, 반응 웰(2)의 바닥 구역은 반응 웰(2)의 상부 구역의 개구부(3)보다 장형 측벽(54)에 더 가까이 위치한다. 스트러트(51)는 두 개의 장형 측벽(54) 사이의 중앙에 가깝게 배치될수록 경사각은 작아진다. 스트러트의 이러한 피벗 가능한 배열에 의해, 원심 분리를 하는 동안 원심력 F1 - F8은 각 반응 웰(2)의 축(61)에 대해 정렬되는 것이 보장된다. 이는 원심력이 각각의 반응 웰(2)에서 반응 웰(2)의 측벽이 아니라 반응 웰(2)의 하부로 향하는 것을 보장한다. 반응 웰(2) 내의 서로 다른 물질들은 반응 웰(2)의 축(61)에 직각으로 연장된 균일한 층들을 형성한다. 이러한 층들이 반응 웰(2)의 축(61)에 대하여 기울어지는 것을 방지할 수 있다. 경사진 층들은 자동 광학 검출 과정에서 문제를 일으킬 수 있다.
스트러트(51)는 원심 분리 중에 휘지 않도록 길이 방향(longitudinal direction)에 대해 강성을 갖는다. 본 실시예에서 스트러트(51)는 단일의 몸체(monolithic body)를 형성하고, 중간 벽 구역(intermediate wall sections)(62)은 서로 이웃하는 반응 웰(2)들 사이의 부분에 반응 웰(2)들이 서로 이격되는 곳에 보강 요소로서 제공된다(도 1c, 1d 참고).
마이크로플레이트(1)의 제2 실시예는 프레임(63)과 인서트(64)를 포함한다. 인서트(64)는 2차원 어레이(array)로 배열되는 복수의 반응 웰(2)을 정의한다. 2차원 어레이는 16행의 반응 웰(2)을 포함하고, 각 행은 24개의 반응 웰(2)을 포함한다. 각각의 행은 제1 실시예의 스트러트(51)로서 실질적으로 실시된 것이다. 중간 벽 구역(62)은 서로 이격된 반응 웰(2)의 서로 이웃하는 반응 웰(2) 사이의 구역에 보강 요소로 제공된다. 그러나, 반응 웰(2)의 각각의 행은 얇은 탄성 스트립(65)에 의해 서로 이웃하는 행에 연결된다. 인서트(64)는 반응 웰(2)의 어레이를 둘러싸는 칼라(collar)(66)을 포함한다.
프레임(63)은 두 개의 장형 측벽(67)과 두 개의 측면 측벽(68)을 포함한다. 장형 측벽(67)은 선형의 수평 상부 에지(69)로 실시된다. 측면 측벽(68)은 오목한 곡률이 있는 상부 에지(70)를 포함한다. 인서트(64)는 프레임(63) 내로 투입될 수 있고, 칼라(66)는 장형 측벽(67)의 선형 상부 에지에 의해 지지된다(도 2c 참고). 원심력이 인서트(64)에 작용하는 경우, 인서트(64)는 구부러지고 칼라(66)는 측면 측벽(68)의 커브진 상부 에지(70)에 인접할 수 있다. 측면 측벽(68)의 상부 에지(70)의 곡률은 상부 에지(70)의 각 지점에서 원심 분리기의 회전축까지 거리가 실질적으로 동일하게 설계된다. 따라서, 원심 분리 시 인서트(64)는 구부러져, 모든 반응 웰(2)이 원심력의 방향으로 정렬된다. 인서트(64)는 탄성이 있는 플라스틱 물질로 제조되었기 때문에, 더 이상 원심력이 작용하지 않는 때에 인서트(64)는 평면형으로 회복된다.
인서트(64)는 단지 반응 웰(2)의 행에 평행한 축의 주위로 플렉시블(flexible)하며, 반응 웰(2)의 열의 방향을 따르는 축의 주위로는 플렉시블하지 않다. 즉, 반응 웰(2)의 행은 그 길이 방향으로 뻣뻣하다(stiff).
제2 실시예에 의한 마이크로플레이트(1)는 원심력의 방향에 따른 반응 웰의 정렬로 인하여 제1 실시예에 의한 마이크로플레이트(1)와 동일한 장점을 제공한다.
제2 실시예는 인서트(64)가 유지하는 다른 프레임(71)으로 변형될 수 있다.
프레임(71)은 두 개의 장형 측벽(72)를 포함한다. 장형 측벽(72)은 각각 그들의 상부 에지에 장형 홈(longitudinal groove)(73)을 형성한다. 상기 홈들은 직경 방향으로 서로 대향하며, 프레임(71)의 중앙으로 개방된다. 상기 프레임(71)은 바닥 벽(74)과 후방 벽(75)을 포함한다. 상기 프레임(71)의 앞측은 인서트(64)가 프레임(71) 내로 홈(73)을 따라 슬라이딩할 수 있도록 개방된다.
홈(73)의 상부 부분의 전단 및 후단은 원의 부채꼴을 형성하는 활(bow)(76)에 의해 연결된다. 활(75, 76)은 바닥 벽(74)으로부터 멀어지도록 연장되어 활들은 커브된(curved) 하부 에지(77)를 정의한다. 활(75, 76)과 홈의 상부 부분은 인서트의 구역을 포함하는 반응 웰을 둘러싸는 프레임 형상의 요소를 형성한다.
원심력이 인서트(64)에 작용하면, 인서트(64)는 칼라(66)가 활(75,76)의 커브된 하부 에지(77)와 인접하도록 구부러진다. 활(75,76)의 하부 에지(77)의 곡률은 하부 에지(77)의 각 점에서 원심 분리기의 회전축까지의 거리가 실질적으로 동일하게 설계된다. 따라서, 원심 분리 시 인서트(64)는 모든 반응 웰(2)이 원심력의 방향에 맞춰 정렬되도록 휘어진다. 인서트(64)는 탄성 플라스틱 물질로 제조되기 때문에, 더 이상 원심력이 작용하지 않는 때에 인서트는 평면형으로 회복된다.
제2 실시예의 두 가지 버전은 각각 프레임과 인서트를 포함한다. 프레임의 특정 형태는 원심 분리기의 트레이의 일부가 될 수 있다. 또한, 상기 인서트는 트레이에 투입할 수 있는 마이크로플레이트를 단독으로 형성할 수 있다.
제2 실시예의 두 번째 버전은 개구부가 바깥 방향을 향하도록 반응 웰을 원심 분리하는데 제공된다. 이는 반응 웰을 세정 및/또는 청소하기 위한 용도이다.
마이크로플레이트(1)의 상기 두가지 실시 예에서, 반응 웰은 기울여질 수 있거나 또는 반응 웰의 행의 길이 방향을 따라 연장되는 축 주위에 피벗 가능하게 배열된다. 기본적으로, 반응 웰의 행의 길이 방향 연장선의 측 방향의 축을 중심으로 반응 웰이 피벗 가능하도록 마이크로플레이트를 실시하는 것도 가능하다. 마이크로플레이트가 이러한 원심 분리를 위한 원심 분리기에 투입될 때, 상술한 피벗축(pivoting axis)은 원심 분리기의 회전축과 평행해야 한다. 따라서, 피벗축의 방향은 마이크로플레이트가 원심 분리기에 어떻게 배치되느냐에 의존한다. 기본적으로, 피벗축이 반응 웰의 행의 길이방향 연장선에 평행인 경우 유리한데, 2차원 어레이에서 반응 웰들의 행은 어레이의 열(column)의 측방보다 더 많은 반응 웰들을 포함한다. 따라서, 반응 웰 어레이의 길이방향 연장선은 원심 분리기의 회전축에 평행인 것이 바람직하다.
각각의 웰(2)(도 4, 5 참고)은 동일하다. 각각의 반응 웰(2)은 상단부에 개구부(3)를 갖고, 바닥 단부에 바닥 벽(4)을 갖는다. 사용 예에서, 마이크로플레이트에는 위쪽으로 향하는 개구부와 아래쪽으로 향하는 바닥 벽을 배치한다. 따라서, 이하의 설명에서 위쪽(upwards)이라는 용어는 개구부(3)를 향하는 것으로 사용되고, 아래쪽(downwards)이라는 용어는 바닥 벽(4)을 향하는 것으로 사용된다.
반응 웰(2)은 상단부에 충전 구역(filling section)(5)을 포함한다. 충전 구역(5)은 사각형 형태의 단면적을 갖는다. 물론, 원 또는 직사각형이 아닌 다른 단면 형태도 가능하다. 그러나, 사각형의 형태가 바람직한데, 그 이유는 면적 당 반응 웰(2)이 특정한 밀도를 갖는 배치에 대하여 단면적이 가장 크기 때문이다. 충전 구역(5)의 단면적이 크면 클 수록, 반응 웰(2)을 채우는 것이 더 용이하다.
이송 구역(6)은 충전 구역(5)의 아래에 제공되어, 충전 구역(5)에 분리 구역(7)을 연결시킨다. 분리 구역(7)은 충전 구역(5)보다 더 작은 단면적을 가지며, 따라서 이송 구역(6)은 충전 구역(5)의 보다 큰 단면적으로부터 분리 구역(7)의 더 작은 단면적으로의 이송을 제공하도록 아래쪽으로 갈수록 테이퍼진다.
분리 구역(7)은 빈(hollow) 원통 형태의 상부(8)를 포함한다. 본 실시예에서, 상부(8)는 사각형 형태의 단면을 가지고 있다.
분리 구역(7)의 하부(9)는 아래쪽으로 갈수록 테이퍼진 원추형(conical) 부분으로 실시된다.
원추형 부분의 하부 단부(9)는 수집 구역(10)으로 유도된다. 수집 구역(10)은 빈(hollow) 원통 형태로 실시된다. 이러한 빈 원통은 본 실시예에서 원형(circular)의 단면을 갖는다.
수집 구역(10)의 단면적은 분리 구역(7)의 상부(8) 단면적보다 실질적으로 작다. 하부 또는 원추형 부분(9)은 각각, 분리 구역(7)의 상부(8)가 수집 구역(10)에 이르기까지 적어도 2:1 이상의 비율로 그 단면적을 감소시킨다. 바람직하게는 적어도 3:1, 특히 바람직하게는 적어도 4:1이다.
분리 구역의 대부분은 겔 물질이나 구슬 매트릭스(matrix) 같은 분리 물질로 채워진다. 이러한 분리 물질은 비 응집(non-agglutinated) 샘플 부분으로부터 응집(agglutinated) 샘플 부분을 분리하기 위하여 사용된다. 만약 샘플 물질의 응집 및 비 응집 부분이 분리 물질의 상부 면에 제공되고, 반응 웰(2)의 상부로부터 하부 단부로 향하는 원심력에 노출되면, 오직 샘플의 비 응집 부분이 이러한 겔 물질이나 구슬 매트릭스와 같은 필터 물질을 통과한다. 따라서, 수집 구역 안에서 비 응집 샘플 부분으로부터 응집 샘플 부분을 분리하고, 비 응집 샘플 부분을 수집할 수 있다.
분리 구역(7)의 상부(8)에서 수집 구역(10)까지에 대한 단면적의 감소로 인하여 샘플 물질의 관통하는 부분은 반응 웰의 중앙에 집중된다. 따라서, 샘플 물질의 관통 부분은 수집 구역(10)의 작은 부피 내에 집중된다. 결과적으로, 수집 구역(10)은 분리 물질을 관통하는 고농도의 샘플 물질을 포함한다. 이러한 고농도의 샘플 물질은 광 검출에 유리하다.
본 실시예에서는, 충전 구역(5)의 높이는 4.5mm이고, 이송 구역(6)의 높이는 3mm이고, 분리 구역(7)의 상부(8)의 높이는 5mm 이고, 분리 구역(7)의 원추형 부분(9)의 높이는 1mm이고, 수집 구역(10)의 높이는 1mm이다.
충전 구역(5)의 바깥 쪽 에지의 길이는 4.5mm이다. 반응 웰의 벽 두께는 약 0.7mm이다.
분리 구역(7)의 상부(8) 내측 수평 에지의 길이는 약 2mm이다. 따라서, 분리 구역(7)의 상부(8) 단면적은 약 4mm2이다. 수집 구역(10)의 단면 직경은 1mm이하이기 때문에 그 단면적은 1mm2보다 작다.
하부 벽(4)의 내측으로부터 반응 웰(2)의 위쪽 끝까지 연장되는 반응 웰(2)의 전체 내부 높이는 14.5mm이다.
상기 소정의 수치는 반응 웰(2)의 구체적인 예시를 설명한 것이다. 물론 수치는 달라질 수 있다. 만약 마이크로플레이트(1)가 적은 개수의 반응 웰(2)을 포함한다면, 동일한 크기를 갖는 마이크로플레이트에 대하여 각각의 반응 웰(2)의 단면적은 확장될 수 있다.
사용되는 분리 물질의 종류에 따라 분리 구역(7) 높이의 수치는 변화될 수 있다. 분리 구역(7)의 대부분은 분리 물질로 채워진다. 또한 이송 구역(6)과 심지어 충전 구역(5)의 하부에도 분리 물질로 채울 수 있다.
도 1c 및 도 1d에서 알 수 있는 바와 같이, 충전 구역(5)을 정의하는 벽은 이 벽들의 양측에 있는 두 개의 반응 웰(2)의 각 부분이다.
도 6은 응집 반응 결과를 결정하기 위한 테스트 장치(13)를 도시한다.
원심 분리기(14)는 전방 플랫폼(15), 원심 분리기 구역(16), 및 구동부(17)를 포함한다 (도 8, 9, 10 참고).
전방 플랫폼(15)은, 상면도 상에서, 표준 마이크로플레이트보다 조금 더 큰 직사각형이다. 림(18)은 원심 분리기 구역(16)에 인접한 부분을 제외한 전방 플랫폼(15)의 모든 측면 에지 상에 제공된다.
원심 분리기 구역(16)은 회전자(rotor)(19)를 포함한다. 회전자(19)는 수평의 샤프트(shaft)(20) 상에 장착된다(도 9 참고). 회전자(19)는 하나의 마이크로플레이트(1)를 수용하는 수용 구역을 포함한다. 수용 구역은 판 트레이(21)로 구현된다. 판 트레이(21)는 직사각형의 베이스 벽(22)과 두개의 U-레일(23)로 정의된다. U-레일(23)은 자신의 개방 면과 대향하도록 배치되어 있다. 판 트레이(21)의 가장 낮은 위치에서, U-레일(23)은 베이스 벽(22)보다 아래에 있다. 도 8을 참고하면, 판 트레이(21)는 부분적으로 절단되어, 판 트레이(21) 내에 유지되는 마이크로플레이트(1)와 마이크로플레이트 캐리어(26)(도 11 참고)를 명백하게 알아볼 수 있다.
회전 반경이 r인 판 트레이(21)에서 회전축(24)까지의 거리는 자유롭게 선택할 수 있다. 마이크로플레이트(1)의 측면 연장 부분의 1 내지 2배의 범위가 바람직하다.
리셉터클 구역(receptacle section) 또는 판 트레이(21)에 대하여 직경 방향으로 대향하도록, 카운터웨이트(counterweight)(40)는 레그(leg)(41)에 의하여 플랜지(flange)(39)에 고정된다. 또한 카운터웨이트(40) 대신 추가의 판 트레이가 제공될 수 있으며, 이는 마이크로플레이트 또는 마이크로플레이트와 함께 마이크로플레이트 캐리어를 수용하도록 구현되어, 판 트레이(21)에 사용된 마이크로플레이트의 종류에 대해 조절가능한 카운터웨이트를 형성한다.
전면 측벽(28)의 개구부(29)는 판 트레이(21)의 가장 낮은 위치의 레벨에서 구현되며 회전자(19)의 로딩 위치이다. 전방 플랫폼(15)은 로딩 위치에서 판 트레이(21)의 베이스 벽(22)과 동일한 레벨 상에 제공되며, 마이크로플레이트 또는 마이크로플레이트 캐리어 상의 마이크로플레이트가 전방 플랫폼(15)으로부터 베이스 벽(22) 상으로 및 그 반대로 슬라이드 할 수 있다. 여기서, 마이크로플레이트(1)의 반응 웰(2)의 개구부는 회전자(19)를 홀드하는 샤프트(20)를 향한다.
본 실시예에서, 베이스 벽(22), U-레일(23) 및 베이스 벽(22)들 사이의 구역들은 알루미늄 단일 부재(piece)로 만들어진다.
회전자(19)의 전방 측에서, 판 트레이(21)는 개방되어 마이크로플레이트는 판 트레이(21) 내로 슬라이드 할 수 있다. 회전자(19)의 후방 측에서, 스토퍼(25)가 제공된다. 스토퍼(25)는 바람직하게는 자기 요소(magnetic element)를 포함한다.
베이스 벽(22) 사이의 구역은 최대한 절단되어, 관성 모멘트를 최소화하기 위해 구멍(bore)이 베이스 벽(22)에 제공된다.
본 실시예에서는, 판 트레이(21)는 마이크로플레이트 캐리어(26)와 함께 마이크로플레이트(1)를 수용하도록 설계된다. 마이크로플레이트 캐리어(26)(도 11 참고)는 측면 에지에 림(42)을 갖는 사각형의 프레임이며, 림의 내측 표면은 작은 유격(play)과 함께 마이크로플레이트 캐리어(26) 상의 마이크로플레이트의 위치를 정의한다. 림(42)의 상면은 내측으로 경사져, 마이크로플레이트는 림에 의해 정의된 구역 내로 슬라이딩된다.
마이크로플레이트 캐리어(26)는 일측 에지에 자성 물질, 특히 강자성 물질로 이루어진 커플링 요소(coupling element)(43)를 포함한다. 커플링 요소(27)는 회전자(19) 상의 자기 스토퍼(25)와 협력할 수 있다.
전면 측벽(28)의 개구부(29)는 직사각형 슬릿 형태를 갖는다. 자동 도어는 개구부(29)를 닫기 위해 제공된다. 개구부(29)는 전방 플랫폼(15)의 레벨에 배치된다. 로딩 위치에서, 회전자(19)는 베이스 벽(22)과 수평으로 배치되어 판 트레이(21)의 베이스 벽(22)은 전방 플랫폼(15)과 동일한 레벨 상에 배치된다. 마이크로플레이트 캐리어(26)와 마이크로플레이트(1)는 전방 플랫폼(15)으로부터 판 트레이(21) 하부로 및 그 반대로 수평적으로 슬라이드 할 수 있다.
개구부의 상부 에지에서, 마이크로플레이트(1)의 반응 웰(2) 내로 시약을 내보내도록 피펫 노즐(pipetting nozzel)이 제공된다.
전방 플랫폼(15)과 회전자(19) 사이의 갭에서, 상부 라인 카메라(44)는 마이크로플레이트(1)의 상면을 향하여 아래쪽으로 보는 방향으로 마이크로플레이트의 반송 경로(transportation path) 상부에 배치된다. 하부 라인 카메라(45)는 마이크로플레이트(1)의 저면을 향하여 위쪽으로 보는 방향으로 마이크로플레이트의 반송 경로 하부에 배치된다(도 7 참고). 마이크로플레이트(1)가 개구부(29)를 통해 이동할 때, 마이크로플레이트(1)의 전체 상하측 이미지는 라인 카메라(44, 45)에 의해 검출될 수 있다.
구동부(17)는 샤프트(20)와 회전자(19)를 회전시키는 모터(미도시)를 포함한다. 모터는 회전 속도를 제어하는 제어부(control unit)에 연결된다. 당해 원심 분리기는 마이크로플레이트(1)의 원심 분리를 위해 설계된다. 마이크로플레이트와 샤프트(20) 또는 회전축(24) 사이의 거리가 크기때문에, 거의 동일한 원심 가속도가 서로 다른 반응 웰(2) 내의 유체에 가해진다. 따라서, 유체가 중앙에 위치한 반응 웰 내에 있는지 측면에 위치한 반응 웰 내 있는지에 관계없이, 동일한 원심 분리 효과가 달성된다.
제어부는 속도뿐만 아니라 회전자의 가속도를 제어하기 위해 제공된다. 상기 회전자의 속도는 100 RPM 내지 3000 RPM의 범위이다. 회전자의 가속도 및 감속도는 100 내지 1200 RPM/s의 범위이다. 회전자를 시작할 때 그것은 가속된다. 그래서, 약 180° 회전 후에는 적어도 1g의 회전 가속도가 적용되어 개구부가 아래를 향하더라도 유체는 반응 웰 밖으로 전혀 배출되지 않는다. 깊은 웰의 반응 웰을 갖는 마이크로플레이트는 가능한 한 빨리 가속할 수 있다. 그러나, 작은 웰의 반응 웰을 갖는 마이크로플레이트를 가속하는 것은 가속에 의해 하나의 반응 웰에서 이웃하는 반응 웰로 유체가 튀어 오염의 원인이 될 수 있다. 이러한 유체 튀어나감(sloshing)에 의한 오염의 위험은 반응 웰의 충전 양뿐만 아니라 반응 웰의 형태(form)에 영향을 받는다. 가속도가 500 RPM/s부터 1200 RPM/s이면, 유체 튀어나감(sloshing)에 의한 오염이 발생하지 않는다는 것이 보여졌다.
구동부(17)는 또한, 마이크로플레이트(1)를 원심 분리기(14)에서 로딩 및 언로딩을 위한 로딩 매커니즘(loading mechanism)(30)을 포함한다.
로딩 매커니즘(30)은 마이크로플레이트(1) 또는 마이크로플레이트(1)와 함께있는 마이크로플레이트 캐리어(26)를 확장(extension) 및 수축(retraction)을 위한 플렉시블 장형 빔(elongated beam)(31)을 포함한다(도 7 참고). 플렉시블 장형 빔(31)은 길이 방향을 가로지르는 축에 대해 약간 휘어진 금속 시트의 스트라이프로 구성된다. 따라서, 금속 시트는 선형으로 연장되면 소정의 강성(certain stiffness)을 갖고, 다른 한편으로는 길이 방향을 가로지르는 축 주위로 휘어질 수 있다. 이러한 휘어진 금속 시트 스트라이프는 금속 측정 테이프로부터 잘 알려져 있다.
본 실시예에서, 빔(31)의 일단은 구동부(17)의 내벽(32)에 수직으로 고정되고, 빔은 내벽(32)으로부터 후방으로 연장된다. 빔(31)은 U 턴에 의해 절곡되고, 빔의 자유단(free end)(33)은 전방으로 향하고, 빔은 내벽(32)의 슬릿을 통해 연장된다. 따라서, 빔은 내벽(32)에 고정된 상부 스트랜드(upper strand)(34)와 내벽(32)의 슬릿을 통해 연장된 하부 스트랜드(lower strand)(35)를 포함한다. 내벽(32)을 통해 연장되고 자유단(33)을 포함하는 스트랜드(35)는 두 개의 휠(wheel)(미도시) 사이에 클램프되고, 두 개의 휠 중 하나는 스테퍼 모터(37)에 의해 구동된다. 두 개의 휠 중 하나만 도면에 도시되어 있다. 빔(31)의 자유단(33)은 자기 요소(magnetic element)(38)로 제공된다. 빔(31)은 스테퍼 모터(37)에 의해 작동될 수 있고, 자기 요소(38)를 갖는 자유단(33)은 원심 분리기(16)를 통해 확장 또는 구동되고, 전면 측벽(28) 내의 개구부(29)를 통해 확장 또는 구동된다. 따라서, 빔(31)의 자유단(33)은 최대로 확장된 위치에서 전방 플랫폼(15) 영역에 도달한다. 최대로 수축된 위치에서, 빔(31)의 자유단(33)은 회전자(19)의 뒤, 특히 원심 분리기(16)의 외부에 배치되어 회전자(19)는 자유롭게 회전할 수 있다.
빔(31)을 빔의 자기 요소(38)가 마이크로플레이트 캐리어(26)의 커플링 요소(27)를 통해 커플링될 때까지 연장하는 것에 의해, 로딩 매커니즘(30)은 전방 플랫폼(15) 상에 배치된 마이크로플레이트 캐리어(26)에 커플링될 수 있다. 빔(31)을 수축시켜, 마이크로플레이트 캐리어(26)는 회전자(19)의 판 트레이(21) 중 하나에 끌려 들어오게 한다. 마이크로플레이트 캐리어(26)가 스토퍼(25)에 인접할 때, 빔(31)의 수축에 의해 빔(31)의 자기 소자(38)와 마이크로플레이트 캐리어(26)의 커플링 요소(27) 사이의 커플링이 해제되며, 동시에 마이크로플레이트 캐리어(26)의 커플링 요소(27)는 스토퍼(25)의 자기 소자에 커플링되어 회전자(19) 내에 위치 고정된다.
로딩 매커니즘(30)은 자동 작업 로봇 내 마이크로플레이트 수송을 위한 수송시스템에 원심 분리기(14)를 접속시킬 수 있다. 자동 작업 로봇은 단지 전방 플랫폼(15)에 위치한 마이크로플레이트 캐리어(26)에 마이크로플레이트(1)를 삽입하면 된다. 그 이후, 로딩 매커니즘(30)은 회전자(19)를 로드 및 언로드할 수 있다. 또한 마이크로플레이트 전송을 위한 전송 벨트에 직접 인접하는 전면 플레이트 없이 원심 분리기(14)를 배치할 수 있다. 마이크로플레이트(1)는 로딩 매커니즘(30)에 의해 전송 벨트로부터 철수될 수 있고, 다시 전송 벨트 위에 놓여질 수도 있다. 본 실시예에서, 커플링 요소(27)를 갖는 마이크로플레이트 캐리어(26)가 사용된다. 또한, 이러한 커플링 요소(27)를 갖는 마이크로플레이트(1)가 제공될 수도 있다. 그렇게 되면, 마이크로플레이트 캐리어가 불필요하다.
또 다른 이점은, 로딩 매커니즘(30)이 원심 분리기 구역(16)의 후면 측에 배치되어 원심 분리기(14)가 중간 장치 없이 기존의 실험 로봇에 커플링될 수 있다. 이는 기존의 실험 로봇에의 원심 분리기의 통합을 용이하게 한다.
다음으로, 시험 장치(13)에서 전술한 마이크로플레이트(1)의 사용은, 하나 이상의 응집 반응 결과를 결정하기 위해 설명된다.
상기 방법은 바람직하게는 비어있는 마이크로플레이트(1)로 시작한다. 반응 웰(2)은 피펫 장치에 의해 겔 물질로 채워진다. 각 응집 반응의 수행을 위해, 개별의 반응 웰(2)은 겔 물질로 채워진다. 만약 응집 반응의 숫자가 하나의 마이크로플레이트에 제공된 반응 웰(2)의 숫자보다 적다면, 필요없는 반응 웰은 겔 물질로 채워지지 않는다.
각각의 반응 웰이 각각의 겔 물질의 특정 량으로 채워진 후, 마이크로플레이트는 반응 웰의 하부 위치로 겔 물질을 강제로 원심 분리시킨다. 이에 따라, 겔 물질이 수집 구역과 분리 구역(7)의 대부분을 채워 어떠한 기포도 포함하지 않는다.
원심 분리 단계로 인하여, 작은 직경의 반응 웰이 사용되더라도, 현장의 반응 웰을 겔 물질로 채우는 것이 가능하다. 분리 물질이 미리 로드된 반응 웰이 필요 없다. 물론, 미리 로드된 반응 웰도 사용 가능하다.
분리 물질이 포함된 반응 웰은 특정 시약이 포함된 서스펜션(suspension)과 함께 로드된다. 다른 반응 웰은 다른 시약들로 로드될 수 있다. 시약은 알려진 혈액형의 항원, 항체 또는 혈액 세포를 포함한다.
시험 중인 샘플의 소정 량이 분리 물질과 시약을 포함한 반응 웰에 투입된다. 바람직하게는, 동일 샘플의 샘플 물질은 상이한 시약을 포함하는 반응 웰에 분배된다. 그리고, 다른 샘플 물질은 반응 웰의 다른 그룹으로 분배될 수 있다. 따라서, 복수의 다른 샘플을 동시에 시험할 수 있으며, 각각의 샘플은 복수의 상이한 시약에 대하여 시험될 수 있다.
샘플, 시약 및 분리 물질이 로드된 반응 웰을 포함하는 마이크로플레이트는 배양되는데, 소정의 온도가 미리 정해진 기간 동안 적용된다. 이 배양 단계는 별도의 배양기에서 수행될 수 있다. 선택적으로, 원심 분리기는 가열 수단을 포함하며, 마이크로플레이트가 원심 분리기 내에서 배양될 수 있다. 그 후, 마이크로플레이트가 원심 분리되고, 비 응집 샘플 부분은 반응 웰(2)의 바닥 벽(4) 방향으로 겔 물질을 관통한다. 샘플의 비 응집 부분은 반응 웰(2)의 수집 구역(10)으로 수집된다. 만약 응집 반응의 결과 응집이 일어나면, 그 응집된 샘플 물질은 분리 물질의 상부 측에 유지된다(도 6a 참고). 만약 단지 약한 응집 반응 또는 지연된 응집 반응이 있다면, 응집 덩어리가 작고 겔 물질 내부에 정지되고 바닥 벽(4) 또는 반응 웰(2)의 수집 구역(10)에 도달하지 않는다. 도 6b 및 도 6c에 도시된 바와 같이, 응집된 겔 물질은 겔 물질 내에 유지되고 그 내부에 분산된다. 도 6d 내지 6f에 도시된 바와 같이, 응집 반응이 약할수록, 비 응집 샘플 부분의 수는 많아지고, 더 많은 샘플 부분들이 수집 구역(10)에 도달한다.
원심 분리 단계 후, 마이크로플레이트는 원심 분리기로부터 배출된다. 라인 카메라를 가진 반응 웰의 상부 측 및 하부 측으로부터 이미지가 촬영된다.
도 6a 내지 6f는 각각 반응 웰(2) 각각에 대한 위의 상부 측과 반응 웰(2)의 아래 바닥 측의 그림을 도시한다. 이 두 그림의 그레이 레벨은 상기 그레이 레벨의 차이가 계산되어 자동적으로 비교된다. 이에 따라 5개의 결과 등급이 있으며, 0, 1+, 2+, 3+, 및 4+ 가 있다. 각각의 레벨 차이는 소정의 등급에 할당되고, 응집 샘플 물질만 있는 경우, 반응 웰의 상부 측은 어둡고 반응 웰의 바닥 측은 밝다. 그리고, 이에 대응하는 등급은 4+ 이다. 응집 반응이 매우 약한 경우, 모든 또는 거의 모든 샘플 부분은 수집 구역(10)에 도달하며, 반응 웰의 바닥 측은 어둡고 상부 측은 밝다(도 6f 참고). 이때 등급은 0 이다(응집 반응 없음).
샘플 물질이 적혈구를 포함하면, 바람직하게는 칼라 이미지를 촬영하고, 상부 측과 하부 측의 이미지의 붉은 색의 색상 강도(color intensity)를 비교한다.
본 실시예에서, 반응 웰(2)의 개구부(3)의 단면은 사각형의 형태를 갖고, 수집 구역(10)은 원형의 단면 형상을 갖는다. 따라서, 위쪽에서 촬영한 이미지는 사각형을 도시하고 아래쪽에서 촬영한 이미지는 원형을 도시한다. 검출 패턴 형태(원형 또는 사각형)에 의해, 이미지가 반응 웰의 상부 측 또는 바닥 측으로부터 촬영되었는지 판단할 수 있다. 반응 웰의 상부 측 및 하부 측의 단면이 서로 다른 형태이므로, 상기 이미지를 수동으로 제어하는 경우, 바닥 측과 상부 측의 이미지는 서로 혼합되지 않는다. 따라서, 개구부(3)의 형태와 반응 웰(2)의 수집 구역(10)의 형태가 다른 것이 바람직하다.
절대 색상 강도(absolute color intensity) 또는 그레이 레벨은 여러 환경 조건에 의존하며, 이러한 것에는 배경 광, 분리 물질의 종류, 각각의 반응 웰에 배분된 샘플 물질의 양 등이 있다. 반응 웰의 상부 측 및 하부 측 이미지를 비교함으로써 이러한 영향은 제거되고, 응집 반응이 있는지 여부를 결정하거나 응집 반응이 없는지 여부를 결정하는데 단지 색상 강도의 차이 및/또는 두 이미지의 그레이 레벨의 차이만 기초로 한다. 이는 시험을 매우 신뢰할 수 있고 안정적이게 한다. 또한, 다른 분리 물질 및 다른 시약에 대한 시험을 측정하기 용이하여, 전체 공정은 매우 플렉시블(flexible)하다. 이 시스템은 높은 쓰루풋(throughput)과 낮은 비용으로 많은 양의 샘플을 테스트 하기에 특히 적합하다.
상술한 실시예에서, 반응 웰의 상부 측 및 바닥 측의 두 이미지의 색상 강도 및/또는 그레이 레벨이 비교된다. 또한, 이미지들은 소정의 샘플 이미지들과 비교될 수 있다.
상술한 예시에서, 응집 반응의 결과를 결정하는 방법에 있어서, 기울어지거나 피벗 가능하게 배치된 반응 웰을 갖는 마이크로플레이트가 사용된다. 기울어져 배치된 반응 웰을 갖는 마이크로플레이트는 샘플의 어떤 종류에 대해서도 원심 분리를 위해 사용될 수 있다. 이러한 마이크로플레이트는 동시에 많은 수의 다른 샘플들을 원심 분리하도록 하며, 각각의 반응 웰 내에서 정확하게 적층 원심 분리가 달성된다. 이는 회전 반경(r)이 작은 경우에도 달성된다.
상술한 설명과 도면들이 본 발명의 실시예들을 보여주고 있지만, 첨부된 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위나 사상으로부터 벗어나지 않으면서 다양한 부가, 변형 및 대체가 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 여기 개시된 실시예들은 모든 점이 예시적이지만 제한적이지 않고, 본 발명의 권리범위는 첨부된 청구범위에 의해 정의되며, 상술한 설명이나 실시예에 한정되지 않는 것으로 간주된다.
1: 마이크로플레이트
2: 반응 웰
3: 개구부
4: 바닥 벽
5: 충전 구역
6: 이송 구역
7: 분리 구역
8: 상부
9: 하부(원추형 부분)
10: 수집 구역
13: 테스트 장치
14: 원심 분리기
15: 전방 플랫폼
16: 원심 분리기 구역
17: 구동부
18: 림
19: 회전자
20: 샤프트
21: 판 트레이
22: 베이스 벽
23: U-레일
24: 회전축
25: 스토퍼
26: 마이크로플레이트 캐리어
27: 커플링 요소
28: 전면 측벽
29: 개구부
30: 로딩 매커니즘
31: 플렉시블 장형 빔
32: 내벽
33: 자유단
34: 상부 스트랜드
35: 하부 스트랜드
37: 스테퍼 모터
38: 자기 요소
39: 플랜지
40: 카운터웨이트
41: 레그
42: 림
43: 피펫 노즐
44: 상부 라인 카메라
50: 프레임
51: 스트러트
52: 장착 핀
53: 테이퍼진 하부 에지
54: 장형 측벽
55: 측면 측벽
56: 리세스
57: V자형 바닥 벽
58: 측벽
59: 판상체
60: 슬릿
61: 축
62: 중간 벽 구역
63: 프레임
64: 인서트
65: 스트립
66: 칼라
67: 장형 측벽
68: 측면 측벽
69: 상부 에지
70: 상부 에지
71: 프레임
72: 장형 측벽
73: 홈
74: 바닥 벽
75: 후방 벽
76: 활
77: 하부 에지

Claims (27)

  1. 2차원 어레이(two-dimensional array)로 배열된 복수의 웰(well)(2)을 포함하는 마이크로플레이트(microplate)(1)로서,
    상기 마이크로플레이트(1)는 프레임(50)과 복수의 장형 스트러트(longitudinal struts)(51)를 포함하고, 상기 복수의 장형 스트러트(51) 각각은 웰(2)의 행(row)을 포함하고, 상기 스트러트(51)는 상기 프레임(50) 내에 피벗 가능하게(pivotably) 배치되고, 상기 웰(2)의 각 행은 상기 마이크로플레이트(1) 내에 경사지게 장착되어 상기 각 웰(2)의 축은 상기 마이크로플레이트(1)의 원심 분리 동안 각각 원심력의 방향으로 정렬되는 마이크로플레이트(1).
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 웰(2)은 상기 마이크로플레이트(1) 내에 탄성적으로(elastically) 경사지게 배치된 마이크로플레이트(1).
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 웰(2)은 분리 물질을 포함하는 마이크로플레이트(1).
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 웰(2)은 분리 물질을 포함하는 분리 구역(7)을 포함하고,
    상기 분리 구역(7)은 원추형 부분(9)을 포함하고, 상기 원추형 부분(9)은 아래 방향으로 테이퍼지고(tapered), 상기 분리 물질을 통과하는 샘플 물질은 상기 각각의 웰(2)의 중심에 집중되고, 상기 웰(2)은 상기 웰(2)의 하단부(bottom end)에 상기 분리 물질을 통과한 상기 샘플 물질을 수집하는 수집 구역(10)을 포함하는 마이크로플레이트(1).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수집 구역(10)은 빈 원통(hollow cylinder) 형태를 갖는 마이크로플레이트(1).
  6. 제4항에 있어서,
    상기 분리 구역(7)은 빈 원통 형태를 포함하는 마이크로플레이트(1).
  7. 제4항에 있어서,
    상기 수집 구역(10)은 빈 원통(hollow cylinder) 형태를 갖고, 상기 분리 구역(7)은 빈 원통 형태를 포함하는 마이크로플레이트(1).
  8. 제 3항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리 물질은 겔(gel) 또는 비드 매트릭스(bead matrix)를 포함하는 마이크로플레이트(1).
  9. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웰(2)은 상기 웰(2)의 상단부(top end)에 충전 구역(5)을 포함하고,
    상기 충전 구역(5)의 단면적은 상기 웰(2)의 하부 구역(lower section)의 단면적보다 큰, 마이크로플레이트(1).
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 웰(2)은 상기 웰(2)의 상단부(top end)에 충전 구역(5)을 포함하고,
    상기 충전 구역(5)의 단면적은 상기 웰(2)의 하부 구역(lower section)의 단면적보다 큰, 마이크로플레이트(1).
  11. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로플레이트(1)는 96개 이상의 웰(2)을 포함하는 마이크로플레이트(1).
  12. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웰(2)의 내부 높이는 5mm 내지 20mm인 마이크로플레이트(1).
  13. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로플레이트(1)는 96개 이상의 웰(2)을 포함하고, 상기 웰(2)의 내부 높이는 5mm 내지 20mm인 마이크로플레이트(1).
  14. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스트러트(51) 각각은 말단부에 장착 핀(mounting pin)(52)을 포함하고, 상기 장착 핀(52)은 상기 스트러트(51)의 상부 구역(upper section)에 배치되고, 상기 프레임(50) 내에 상기 스트러트(51)가 피벗 가능하게(pivotably) 장착하는 장착 요소를 형성하는 마이크로플레이트(1).
  15. 제14항에 있어서,
    상기 프레임(50)은 상기 스트러트(51)의 상기 장착 핀(52)을 장착하기 위한 리세스(recess)를 포함하는 마이크로플레이트(1).
  16. 복수의 샘플을 원심 분리하는 방법으로서.
    제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 마이크로플레이트(1)의 웰(2) 내에 포함된 샘플들이 제공되고, 원심 분리 동안 상기 웰(2)은 상기 원심력의 방향으로 정렬되는, 복수의 샘플을 원심 분리하는 방법.
  17. 복수의 샘플을 원심 분리하는 방법으로서.
    제 14항에 따른 마이크로플레이트(1)의 웰(2) 내에 포함된 샘플들이 제공되고, 원심 분리 동안 상기 웰(2)은 상기 원심력의 방향으로 정렬되는, 복수의 샘플을 원심 분리하는 방법.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 마이크로플레이트(1)는 수평축을 중심으로 회전하는, 복수의 샘플을 원심 분리하는 방법.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 샘플들은 원심 분리 후 자동 광학 검출(automatically optically detected)되는, 복수의 샘플을 원심 분리하는 방법.
  20. 제 16항에 있어서,
    상기 마이크로플레이트(1)는 수평축을 중심으로 회전하고, 상기 샘플들은 원심 분리 후 자동 광학 검출(automatically optically detected)되는, 복수의 샘플을 원심 분리하는 방법.
  21. 2차원 어레이로 배열된 복수의 웰(2)을 갖는 마이크로플레이트(1)를 이용하여 웰(2) 내에서 샘플이 시약과 반응되도록 하는 반응 단계;
    상기 제 14항에 따른 마이크로플레이트(1)를 원심 분리하되, 상기 웰(2)의 바닥 벽(4)이 회전축(24)에 대해 바깥쪽으로 배치된 원심 분리 단계;
    상기 마이크로플레이트(1)의 상부측의 이미지를 촬상하고, 상기 마이크로플레이트(1)의 하부측의 이미지를 촬상하는 이미징 단계; 및
    상기 웰(2) 내의 샘플이 응집 반응에 대해 양(positive)인지 음(negative)인지 결정하되, 상기 마이크로플레이트(1)의 상기 상부측과 상기 하부측의 상기 이미지들에서 상기 웰(2)의 색상 강도(color intensity) 및 그레이 레벨(gray level) 중 어느 하나 또는 둘 다를 비교하여 결정하는 결정 단계를 포함하는, 응집 반응 결과를 결정하는 방법.
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