説明

真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置及びその方法

【課題】 バイオ処理部の両端に低圧真空チャンバーを形成して大気圧と真空チャンバーの圧力差によってバイオ試料が外部エネルギー源なしにバイオ処理部を通過してバイオ処理されるようにする真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置及びその方法を提供する。
【解決手段】 分析しようとするバイオ試料に対するバイオ前処理(pre−processing)を施すバイオ処理部と、一側は開放されバイオ処理部の一端と連結されバイオ試料が注入される第1真空チャンバーと、一側は開放されバイオ処理部の他の一端と連結され、第1真空チャンバーに注入されたバイオ試料がバイオ処理部を通過して排出される第2真空チャンバーとを含み、第1真空チャンバーと第2真空チャンバーの開放された一側は互いに結合して大気圧より低い低圧が形成され、バイオ試料の注入によって発生した第1真空チャンバーと第2真空チャンバーとの圧力差によってバイオ試料が第2真空チャンバー方向に移動する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置及びその方法に関し、さらに詳しくは、バイオ処理部の両端に低圧の真空チャンバーを形成して圧力差によりバイオ試料がバイオ処理部を通過するようにする真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【0002】
バイオチップは、ガラス、シリコン、またはナイロンなどの材質よりなる小さい固形の基板上に、その配列が知られているDNA、DNA片、RNA等の生分子(biomolecules)を数百個から数十万個まで一定間隔で配列して付着することにより、遺伝子の発現方式、分布様相及び突然変異などを分析することができる生物学的マイクロチップを指す。バイオチップ技術は、このような狭い意味としては遺伝子分析の先端技術として認められているDNAマイクロアレイ技術を意味するが、広い意味としては生体物質と既存の物理、化学、及び光変換器を組合わせたバイオセンサ(biosensor)、DNA探針が内蔵されたDNAマイクロアレイ、酵素や抗体抗原などのようなタンパク質が使用されたタンパク質チップ、植物細胞を用いたセルチップ(cell chip)、神経細胞を直接に使用したニューロンチップ(nureon chip)等を意味する。
【0003】
最近、このようなバイオチップにラボオンチップ(LOC: Lab−On−a−Chip)の概念を導入して血液、尿、セル、唾などのような実質的な生体試料や天然物、薬品、食品、医薬など多様な種類の試料を直接使って、チップ内で試料の前処理、誘導体化、分離、分析などの全ての実験室作業を、1つのチップに統合しようとするDNA-LOC及びタンパク質-LOC開発が行なわれている。このようなラボオンチップは生化学物質の分析時に使われる自動分析装置の試料前処理過程に必要なバルブ、液体量測定器、反応器、抽出器及び分離システムの機能とセンサ技術を同一チップにまとめたものを指す。
【0004】
このようなバイオチップを用いてバイオ試料が含有している物質に関する情報を分析するためにはバイオ試料に対する前処理過程を必要とする。
図1A〜図1Cは一般的なバイオ試料前処理を示す図である。
図1Aはバイオ試料として使用しようとする細胞を分離する装置を示す図であり、図1Bは細胞の一部分をバイオ試料として使用するために粉砕する装置を示す図である。そして、図1Cは粉砕装置において粉砕された細胞の一部分でバイオ試料として使用するための分子を抽出する装置を示す図である。
【0005】
図1A〜図1Cに示すように、バイオチップに使われるバイオ試料を作るためには前処理(pre−processing)過程を経る。バイオ試料前処理は細胞においてバイオ試料として使用するDNA、RNAなどを獲得するために細胞分離、粉砕、抽出、精溜等の過程を指す。
図2A〜図2Cは従来のバイオ試料処理装置を示す図である。
【0006】
図2Aは一般のバイオ試料処理装置を示す図であり、図2Bはバイオ試料処理及び分析が1つのチップで可能なラボオンチップを示す図である。そして、図2Cは従来のバイオセンサを示す図である。
図2Aの一般的なバイオ試料処理装置は巨視スケールの外部ポンプ、チャンバー、バルブ、反応炉などよりなっており、自己エネルギー源を備えていない場合にはバイオ試料を前処理するために外部ポンプを使う必要がある。また、このようなバイオ試料処理装置は使い捨てではないため、必ず洗浄過程を必要とし、多チャネルを具現し難いとの問題点がある。
【0007】
図2Bの従来のラボオンチップにおけるバイオ試料処理の場合にも図2Aの場合と同様に、バイオ試料処理のためには外部エネルギー源が必要であり、これによって内部にMEMSポンプが備えられ、構造が相対的に複雑な問題点がある。
図2Cの従来のバイオセンサは、図2A及び図2Bの場合のように自体エネルギー源を備えていなくて、図2Cに示すように、バイオセンサの内部にマイクロポンプを備える。このようなマイクロポンプを使用する場合、マイクロポンプを具現するための工程が複雑でありコストアップになる問題点がある。また、マイクロポンプの場合その性能が他のポンプに比べて相対的に微弱であるという短所がある。内部にポンプを具現する代わりに、外部ポンプを使用することもできるが、外部ポンプを使用する場合はマイクロ構造物と外部ポンプとの連結及びその制御が困難であるという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、前記のような問題点を鑑みてなされたものであって、その目的はバイオ処理部の両端に低圧真空チャンバーを形成して、大気圧と真空チャンバーとの圧力差によってバイオ試料が外部エネルギー源なしに、バイオ処理部を通過してバイオ処理されるようにする真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置及びその方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記の目的を達成するための本発明に係る真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置は、分析しようとするバイオ試料に対するバイオ前処理(pre−processing)を施すバイオ処理部と、一側は開放されバイオ処理部の一端と連結されバイオ試料が注入される第1真空チャンバーと、一側は開放されバイオ処理部の他の一端と連結され、第1真空チャンバーに注入されたバイオ試料がバイオ処理部を通過して排出される第2真空チャンバーとを含み、第1真空チャンバーと第2真空チャンバーの開放された一側は互いに結合して大気圧より低い低圧が形成され、バイオ試料の注入によって発生した第1真空チャンバーと第2真空チャンバーとの圧力差によってバイオ試料が第2真空チャンバー方向に移動する。
【0010】
望ましくは、第1真空チャンバー及び第2真空チャンバーはバイオ処理部の外部及び内部のいずれか1つに形成される。
望ましくは、第1真空チャンバー及び第2真空チャンバーの間に位置し、バイオ処理部を支持する隔膜部をさらに含む。また、第1真空チャンバー内部及び第2真空チャンバー内部のうちいずれか1つにバイオ処理部を支持する支持台が形成される。
【0011】
望ましくは、バイオ処理部の外部に形成され、バイオ前処理に必要な物質を供給するためのバルブをさらに含む。
そして、第1真空チャンバーの閉鎖された一側にマイクロ針を用いてバイオ試料を注入する。また、第2真空チャンバーに排出されるバイオ試料はマイクロ針を用いて獲得する。
【0012】
一方、本発明の真空チャンバーを用いたバイオ試料処理方法はバイオ試料に対するバイオ前処理を施すバイオ処理部と、バイオ処理部の両端に形成され大気圧より低い低圧が形成される第1、第2真空チャンバーを備える真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置において、第1真空チャンバーに前記バイオ試料を注入して前記第1真空チャンバーに大気圧を形成する段階と、第1真空チャンバーと第2真空チャンバーとの圧力差によってバイオ試料がバイオ処理部を通過して第2真空チャンバーに移動する段階とを含む。
【0013】
望ましくは、真空チャンバーはバイオ処理部の外部及び内部のうちいずれか1つの両端に形成される。そして、第1真空チャンバーへのバイオ試料の注入はマイクロ針を用いる。
望ましくは、第2真空チャンバーに移動されたバイオ試料を第2真空チャンバーとバイオ処理部を分離することにより獲得する段階をさらに含む。または、第2真空チャンバーに移動された前記バイオ試料をマイクロ針を用いて獲得する段階をさらに含む。
【発明の効果】
【0014】
前述したように、本発明によれば、バイオ処理部の両端に形成された真空チャンバーの圧力差を用いてバイオ試料がバイオ処理部を通過するようにすることにより、内部または外部のポンプを使用しないことから構造が簡単であり、低価格のバイオ処理装置を作製することができる。
また、バイオ試料がバイオ処理部を通過するようにするために外部エネルギー源を必要としないため、場所及び時間を問わず容易にバイオ試料処理が施せる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
〈第1実施形態〉
以下、添付した図面に基づき本発明の好適な一実施形態について詳述する。
図3A〜図3Dはそれぞれ本発明の第1実施形態による真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置を示す図である。図3Aは本発明の第1実施形態による真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置を示す斜視図であり、図3Bは図3Aを分解した分解斜視図である。そして、図3Cは図3Aの正面図であり、図3Dは図3Aのバイオ処理部30の内部を示す図である。
【0016】
図3A〜図3Dに示すように、本発明に係る真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置は、第1真空チャンバー10、隔膜部20、支持台25、バイオ処理部30、及び第2真空チャンバー部40とを備える。
まず、第1真空チャンバー10は一端が開放されており、他の一端は閉鎖されている。開放された第1真空チャンバー10の一端は隔膜部20と結合され、第1真空チャンバー10と隔膜部20とが結合されることにより、第1真空チャンバー40の内部には低圧が形成される。そして、閉鎖された第1真空チャンバー10の一端にはマイクロ針などを用いてバイオ試料50が注入されるため、第1真空チャンバー10はマイクロ針などが容易に注入され得る材料で形成される。この際、図2AにおいてI領域はマイクロ針などが注
入される領域を示したものである。
【0017】
第2真空チャンバー40は一端は開放されており、他の一端は閉鎖されている。第2真空チャンバー40の開放された一端は第2真空チャンバー40内に低圧が形成されるように隔膜部20と結合される。この第2真空チャンバー40にはバイオ処理部30でフィルタリング、粉砕(lysis)、抽出(extracion)、精溜(purification)等のバイオ処理過程を経たバイオ試料50を得ることができる。獲得したバイオ試料50は第2真空チャンバー40を隔膜部20から分離することにより容易に得られる。または、第1真空チャンバー10にバイオ試料50を注入する時に使用され得るマイクロ針などが使用され得る。
【0018】
隔膜部20はバイオ処理部30を支持する役割を果たし、内部に支持台25を備える。隔膜部20は第1真空チャンバー10及び第2真空チャンバー40にそれぞれ低圧が形成されるように一端が開放された第1真空チャンバー10及び第2真空チャンバー40とそれぞれ結合して開放された一端を閉鎖する。そして、隔膜部20の内部に形成された支持台25は両端が開放されており、バイオ処理部30と結合されバイオ処理部30を支持するようにバイオ処理部30と類似した形態に形成される。図3A及び図3Bの場合は、支持台25が第2真空チャンバー40と結合される隔膜部20の方向に形成されている。しかし、この支持台25は第1真空チャンバー40と結合される隔膜部20の方向に形成されることもできる。一方、隔膜部20は第1真空チャンバー10、第2真空チャンバー40とそれぞれ結合されるが、第1真空チャンバー10及び第2真空チャンバー40のいずれか1つと一体形成され得る。この場合、支持台25は第1真空チャンバー10または第2真空チャンバー40の内部に形成され得る。
【0019】
バイオ処理部30はバイオ試料50を処理するためのフィルタ部、粉砕部、精溜部、抽出部などを備えており、両端には孔(hole)が形成されている。バイオ処理部30の両端の孔のうち1つの孔にはバイオ試料50が注入されバイオ処理部30を経た後、他の孔からバイオ試料50が排出される。
このバイオ処理部30は両端が開放された隔膜部20の支持台25と結合され隔膜部20の支持台25により支えられる。この隔膜部20はそれぞれ第1真空チャンバー10と第2真空チャンバー40と結合されるため、バイオ処理部30の両端はそれぞれ第1真空チャンバー10、第2真空チャンバー40の内部に位置するようになる。
〈第2実施形態〉
図4A及び図4Bは本発明の第2実施形態による真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置を示す図である。図4A〜図4Dの場合は、真空チャンバーがバイオ処理部30の外部に形成された場合である一方、図4A及び図4Bの場合は、それぞれ真空チャンバーがバイオ処理部30の内部に形成された断面図及び斜視図である。そして、図4Bはバイオ処理部30の外部にバルブが形成された場合を示す。
【0020】
図4Aに示すように、本発明に係る真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置は、第1真空チャンバー10、バイオ処理部30、及び第2真空チャンバー40を備える。図4A〜図4Dと違って、第1真空チャンバー10及び第2真空チャンバー40がバイオ処理部30の内部に形成されるため、バイオ処理部30を支持するための隔膜部20が求められない。そして、第1真空チャンバー10及び第2真空チャンバー40は、図4A〜図4Dに基づいて説明したような機能を果たす。すなわち、第1真空チャンバー10及び第2真空チャンバー40の内部には低圧が形成され、第1真空チャンバー10にはバイオ試料50が注入され、第2真空チャンバー40にバイオ処理部30を通過したバイオ試料50を獲得することができる。
【0021】
図4Bに示すように、バイオ処理部30の外部に第1、第2外部バルブ60、70が形成されている。第1、第2外部バルブ60、70は、必要に応じてバイオ処理部30の外部に形成することができ、これはバイオ試料50の処理過程に必要な溶液などが注入されるための空間、処理過程で排出される廃棄物を保管する空間などとして用いられる。
図5は本発明の一実施形態による真空チャンバーを用いたバイオ試料処理方法を示す流れ図である。
【0022】
図5に示すように、第1真空チャンバー10の閉鎖された一端にバイオ試料50を注入する(S501)。バイオ試料50の注入はマイクロ針などを用いて第1真空チャンバー10の図3Aに示すようなI領域に注入される。従って、第1真空チャンバー10はマイクロ針などが容易に挿入できる材質で形成される。
次いで、第1真空チャンバー10に注入されたバイオ試料50はバイオ処理部30を経て第2真空チャンバー40方向に移動する(S503)。すなわち、図2Cに示すような矢印方向にバイオ試料50は移動するようになる。これは第1真空チャンバー10にバイオ試料50が注入されることにより、低圧状態である第1真空チャンバー10の内部は大気圧状態になる。従って、第1真空チャンバー10の内部の圧力が第2真空チャンバー40の内部の圧力より大きくなり、このような第1真空チャンバー10と第2真空チャンバー40との圧力差によってバイオ試料50は高圧である第1真空チャンバー10から低圧である第2真空チャンバー40方向に吸い込まれるようになる。バイオ試料50は、バイオ処理部30の一側に形成された孔を通じて、バイオ処理部30の内部に入り込むようになって、一連のフィルタリング、粉砕、抽出、精溜等の過程を経た後、バイオ処理部30の他の一側に形成された孔を通じて排出される。
【0023】
次いで、第2真空チャンバー40において、バイオ処理されたバイオ試料50を獲得することができる(S505)。第2真空チャンバー40で獲得されたバイオ試料50はマイクロ針、ピストンなどを用いて得られる。また、第1、第2真空チャンバー10、40がバイオ処理部30の外部に形成された場合は、第2真空チャンバー40を隔膜部20から分離することによりバイオ試料50が得られ、第1、第2真空チャンバー10、40がバイオ処理部30の内部に形成された場合は、第2真空チャンバー40が結合されている部分を切断することによりバイオ試料50が得られる。
【0024】
以上では、本発明の好適な実施形態について示しかつ説明したが、本発明は前述した特定の実施形態に限定されず、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱せず、当該発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者により多様な変形実施が可能なことは勿論、このような変形実施は本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【0025】
本発明に基づき製造された印刷回路基板は磁界検出素子として用いられ、人が直接に感じられない磁気エネルギーを検出し、その大きさを測定する用途として使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1A】一般のバイオ試料前処理装置を示す図である。
【図1B】一般のバイオ試料前処理装置を示す図である。
【図1C】一般のバイオ試料前処理装置を示す図である。
【図2A】従来のバイオ試料処理装置を示す図である。
【図2B】従来のバイオ試料処理装置を示す図である。
【図2C】従来のバイオ試料処理装置を示す図である。
【図3A】本発明の第1実施形態による真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置を示す図である。
【図3B】本発明の第1実施形態による真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置を示す図である。
【図3C】本発明の第1実施形態による真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置を示す図である。
【図3D】本発明の第1実施形態による真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置を示す図である。
【図4A】本発明の第2実施形態による真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置を示す図である。
【図4B】本発明の第2実施形態による真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置を示す図である。
【図5】本発明の一実施形態による真空チャンバーを用いたバイオ試料処理方法を示す流れ図である。
【符号の説明】
【0027】
10 第1真空チャンバー
20 隔膜部
25 支持台
30 バイオ処理部
40 第2真空チャンバー
50 バイオ試料
60 第1外部バルブ
70 第2外部バルブ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
分析しようとするバイオ試料に対するバイオ処理(processing)を施すバイオ処理部と、
一側は開放され前記バイオ処理部の一端と連結され、前記バイオ試料が注入される第1真空チャンバーと、
一側は開放され前記バイオ処理部の他の一端と連結され、前記第1真空チャンバーに注入された前記バイオ試料が前記バイオ処理部を通過して排出される第2真空チャンバーと、を含み、
前記第1真空チャンバーと前記第2真空チャンバー、及び前記バイオ処理部は互いに結合して大気圧より低い低圧が形成され、前記バイオ試料の注入によって発生した前記第1真空チャンバーと前記第2真空チャンバーとの圧力差によって前記バイオ試料が前記第2真空チャンバー方向に移動することを特徴とする真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置。
【請求項2】
前記第1真空チャンバー及び前記第2真空チャンバーは前記バイオ処理部の内部に形成されることを特徴とする請求項1に記載の真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置。
【請求項3】
前記第1真空チャンバー及び前記第2真空チャンバーの間に位置し、前記バイオ処理部を支持する隔膜部をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置。
【請求項4】
前記第1真空チャンバーの内部及び前記第2真空チャンバーの内部のうちいずれか1つに前記バイオ処理部を支持する支持台が形成されることを特徴とする請求項3に記載の真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置。
【請求項5】
前記バイオ処理部の外部に形成され、前記バイオ前処理に必要な物質を供給するためのバルブをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置。
【請求項6】
前記第1真空チャンバーの閉鎖された一側にマイクロ針を用いて前記バイオ試料を注入することを特徴とする請求項1に記載の真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置。
【請求項7】
前記第2真空チャンバーに排出されるバイオ試料はマイクロ針を用いて獲得することを特徴とする請求項1に記載の真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置。
【請求項8】
バイオ試料に対するバイオ処理を施すバイオ処理部、大気圧より低い低圧が形成される第1、第2真空チャンバーを備える真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置において、
前記第1真空チャンバーに前記バイオ試料を注入して前記第1真空チャンバーに大気圧を形成する段階と、
前記第1真空チャンバーと前記第2真空チャンバーとの圧力差によって前記バイオ試料が前記バイオ処理部を通過して前記第2真空チャンバーに移動する段階と、
を含むことを特徴とする真空チャンバーを用いたバイオ試料処理方法。
【請求項9】
前記真空チャンバーは前記バイオ処理部の外部及び内部のうちいずれか1つの両端に形成されることを特徴とする請求項8に記載の真空チャンバーを用いたバイオ試料処理方法。
【請求項10】
マイクロ針を用いて前記第1真空チャンバーに前記バイオ試料を注入する段階をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載の真空チャンバーを用いたバイオ試料処理方法。
【請求項11】
前記第2真空チャンバーに移動した前記バイオ試料を前記第2真空チャンバーと前記バイオ処理部を分離することにより獲得する段階をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載の真空チャンバーを用いたバイオ試料処理方法。
【請求項12】
前記第2真空チャンバーに移動した前記バイオ試料をマイクロ針を用いて獲得する段階をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載の真空チャンバーを用いたバイオ試料処理方法。
【請求項13】
前記第1真空チャンバー及び前記第2真空チャンバーは前記バイオ処理部の外部に形成されることを特徴とする請求項1に記載のバイオ試料処理装置。
【請求項14】
バイオ試料処理のためのバイオ処理部と、
一側は開放され前記バイオ処理部の一端と連結され、前記バイオ試料が注入される第1真空チャンバーと、
一側は開放され前記バイオ処理部の他の一端と連結され、前記バイオ試料が前記バイオ処理部を通過して排出される第2真空チャンバーを含み、
前記第1真空チャンバーと前記第2真空チャンバー、及び前記バイオ処理部は互いに結合して外部圧力(ambient pressure)より低い低圧が形成され、前記バイオ試料の注入によって発生した前記第1真空チャンバーと前記第2真空チャンバーとの圧力差によって前記バイオ試料が前記第2真空チャンバー方向に移動することを特徴とする真空チャンバーを用いたバイオ試料処理装置。
【請求項15】
バイオ処理部、外部圧力より低い低圧が形成される第1、第2真空チャンバーを備えるバイオ処理装置におけるバイオ処理方法において、
前記第1真空チャンバーに前記バイオ試料を注入して前記第1真空チャンバーに前記外部圧力を形成する段階と、
前記第1真空チャンバーと前記第2真空チャンバーとの圧力差によって前記バイオ試料が前記バイオ処理部を通過して前記第2真空チャンバーに移動する段階と、
を含むことを特徴とする真空チャンバーを用いたバイオ試料処理方法。

【図1A】
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【図1B】
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【図1C】
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【図2A】
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【図2B】
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【図2C】
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【図3A】
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【図3B】
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【図3C】
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【図3D】
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【図4A】
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【図4B】
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【図5】
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【公開番号】特開2006−38863(P2006−38863A)
【公開日】平成18年2月9日(2006.2.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−214886(P2005−214886)
【出願日】平成17年7月25日(2005.7.25)
【出願人】(390019839)三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Samsung Electronics Co.,Ltd.
【住所又は居所原語表記】416,Maetan−dong,Yeongtong−gu,Suwon−si Gyeonggi−do,Republic of Korea
【Fターム(参考)】